СПОСОБ ПРОВОДКИ БЕСПИЛОТНОГО ГИДРОСАМОЛЁТА НА АКВАТОРИИ ЛЁТНОГО БАССЕЙНА Российский патент 2019 года по МПК B63B51/02 B64F1/00 B64D45/00 B64C25/66 

Изобретение относится к сфере транспортных коммуникаций и может быть использовано для обеспечения проводки надводных судов в сложных навигационных условиях на акватории портов, судоходных каналов, фарватеров рек, озер и морей, в частности, для обеспечения безопасности как взлетно-посадочных действий, так и плавания беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна гидроаэродрома. Преимущественная область использования – системы обеспечения безопасной эксплуатации водной составляющей транспортной инфраструктуры, в частности, амфибийной транспортной системы, включающей в себя гидроаэродромы базирования на акваториях естественных и искусственных водоемов (реки, озера, водохранилища, морской шельф).

В настоящее время тактико-технические характеристики беспилотных летательных аппаратов достигли значений, позволяющих решать сложные целевые задачи, в частности, осуществление эффективного и безопасного выполнения взлетно-посадочных действий на аэродроме с подготовленной взлетно-посадочной полосой, в то время как для гидроаэродрома решение данной проблемы находится в стадии разработки. Актуальность изобретения обусловлена тем, что в настоящее время дистанционное управление беспилотным летательным аппаратом осуществляется с применением «традиционной» радиолинии передачи данных и команд, однако, радиолиния представляет собой демаскирующий фактор, может явиться объектом подавления средствами противодействия, спутниковые радиолинии достаточно сложны в аппаратной части и т.д. В этой связи для гидроаэродромов при выполнении взлетно-посадочных действий в качестве дублирующего перспективно дополнительное использование гидроакустического канала.

Известен способ проводки речных и морских судов по заданной траектории (пат. РФ №2302357, МПК В63В51/02, опубл. 10.07.2007г.), заключающийся в том, что для обозначения траектории проводки судна, идущего вдоль фарватера, на берегу устанавливают два лазерных маяка, симметрично разнесенных и равноудаленых относительно линии курса, каждый из маяков в воздушной среде над поверхностью водной акватории формирует высоконаправленное электромагнитное излучение в диапазоне видимого спектра, в азимутальной плоскости лазерные пучки синхронно перемещают так, что в области их наложения в поперечных плоскостях относительно направления проводки образуются три отличающиеся друг от друга зоны видимости лазерного излучения, визуально наблюдая зоны видимости лазерного излучения, судоводитель оценивает направление и степень отклонения выбранного курса от осевой линии створа, т.е. необходимой траектории проводки судна.

Известный способ проводки речных и морских судов по заданной траектории обладает недостатками:

- способ проводки основан на принципе функционирования лазерного створного маяка и обеспечивает лишь прямолинейность траектории проводки судна;

- лазерные маяки устанавливают на берегу, что не позволяет осуществлять проводку судна курсами как вдоль, так и от морского побережья на акватории гидроаэродрома на шельфе;

- два лазерных луча синхронно сканируют навстречу друг другу в азимутальной плоскости и образуют три трехмерные области, заполненные лазерным излучением оптического диапазона высокой видимости, что при дальности действия лазерного створного маяка до 10 км и более демаскирует сам процесс проводки и место нахождения фарватера;

- в случае невозможности осуществления визуального контакта способ проводки становится неработоспособным, в то время как более стабильный и скрытный подводный гидроакустический канал для осуществления проводки не используется, хотя, гидроакустические системы с маяками работоспособны в любых метеорологических условиях и при плавании на любых глубинах;

- в результате указанных выше ограничений данный способ не обеспечивает возможности проводки нескольких судов по различным криволинейным траекториям сложной формы одновременно, например, выходящей за пределы зоны перекрывания лазерного излучения маяков.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

- установка маяков для обозначения траектории проводки судна, маяки формируют результирующий «приводной» луч, характеристики которого позволяют осуществлять оценку отклонения курса движущегося объекта от необходимой траектории.

Известен способ проводки судов с использованием гидроакустической навигационной системы с донными маяками (см. Leroy C.C. Navigation Maritime Acoustique dans le chenaux Etroits. – Navigation, (Fr.), 1972, v.XX, N.80, P.412 – 425), заключающийся в том, что для обеспечения проводки судна на акватории на грунте по обеим сторонам фарватера устанавливают два гидроакустических маяка, излучающих ультразвуковые сигналы на различных несинхронизированных несущих частотах, определяют на судне направления на каждый гидроакустический маяк с помощью измерения взаимно корреляционных функций ультразвуковых сигналов, регистрируемых разнесенными приемниками, с базовой линией приемников, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, при поступательном движении судна по фарватеру направления на источники сигналов изменяются по заданному закону, причем, допустимые отклонения судна от закона соответствуют допустимым отклонениям судна от заданной траектории.

Известному способу проводки судов с использованием гидроакустической навигационной системы с донными маяками присущи следующие недостатки:

- корреляционный метод пеленгования основан на измерении взаимных корреляционных функций между электрическими сигналами, снимаемыми с выходов двух элементов приемной антенны, причем, на выходе тракта обработки вследствие конечности времени усреднения результирующий сигнал имеет флюктуирующую величину;

- при расширении полосы частот принимаемых сигналов направленное действие корреляционного метода проявляется лишь в небольшой части диапазона углов пеленгования, т.к. двухэлементная антенна корреляционного пеленгатора имеет достаточно узкий основной лепесток характеристики направленности;

- при пеленговании узкополосного источника шума двухэлементная антенна утрачивает способность направленного приема, т.к. в этом случае корреляционная функция имеет косинусоидальный характер с многочисленными максимумами одинаковой величины;

- напряжение на выходе интегратора приемного тракта воспроизводит корреляционную функцию сигналов обоих каналов, причем, максимальное значение этой функции имеет место при приходе сигнала с некоторого направления, зависящего от времени задержки , в результате чего образуется характеристика направленности двухэлементной антенны, ось которой смещена в плоскости обзора на угол относительно нормали к базовой линии двух приемников;

- в силу указанных выше причин данный способ проводки судов имеет ограниченные эксплуатационные возможности, так как не обеспечивает проводку нескольких судов по различным криволинейным траекториям сложной формы одновременно.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

- установка донных гидроакустических маяков для обозначения траектории проводки судна, маяки формируют результирующий «приводной» ультразвуковой луч, характеристики которого позволяют осуществлять оценку отклонения курса движущегося объекта от необходимой траектории.

Известен принятый за прототип способ подготовки летного бассейна гидроаэродрома для выполнения взлета и приводнения гидросамолета (пат. РФ №2464205, МКИ B64F1/00, опубл. 20.10.2012г., бюлл.№29), заключающийся в том, что в пределах летного бассейна гидроаэродрома определяют положение взлетно-посадочной полосы как с учетом направления ветра, так и из условия минимальности имеющейся на акватории ветровой волны, производят разметку взлетно-посадочной полосы с помощью судна на воздушной подушке посредством установки плавучих навигационных маркерных знаков по два входных, центральных и выходных по краям взлетно-посадочной полосы, курсового маяка на оси взлетно-посадочной полосы, судна на воздушной подушке как знака зоны приводнения, ориентированного носом против ветра и указывающего его направление и направление захода на взлетно-посадочную полосу для приводнения или взлета, осматривают путь перемещения гидросамолета по акватории с помощью судна на воздушной подушке визуально, с помощью радиолокатора и гидролокатора, осуществляют швартовку, отшвартовку и буксировку гидросамолета после его приводнения или перед взлетом с помощью судна на воздушной подушке, на борту которого размещают глиссадные и курсовые радиомаяки для посылки и приема радиосигналов, обеспечивающих приводнение гидросамолета в условиях плохой видимости, на дне акватории вдоль осей четырех радиальных взлетно-посадочных полос образуют восьмиконечный крест, концы которого сдвинуты друг относительно друга на 45⁰, что соответствует возможным направлениям ветра, размещают приемоизлучающие антенные устройства полусферической формы, выполненные по патенту РФ № 104732, которые соединяют кабелем с аппаратурой береговой гидроакустической службы гидроаэродрома, обеспечивающей формирование зондирующих сигналов возбуждения однотипных электроакустических преобразователей накачки параметрических антенн, образующих полусферическую апертуру приемоизлучающих антенных устройств, обработку и отображение информации, полученной в широком частотном диапазоне с «индивидуальной» для каждого антенного устройства полосой, на постоянной основе вне зависимости от погодных условий, времени суток и года осуществляют различные виды подводного мониторинга, осуществляют квантованный по направлению, и по «частотной окраске» ультразвуковой эхопоиск опасных объектов нейтральной плавучести в водном объеме взлетно-посадочной полосы, текущий эхопоиск на периметре летного бассейна гидроаэродрома режим пассивного наблюдения дальней подводной обстановки в шельфовой зоне, примыкающей к акватории гидроаэродрома, оценивают на основе дистанционно полученной информации о подводной обстановке на акватории состояние водного объема - глубину, направление и скорость течения водных масс, границы раздела «воздух-вода» - высоту, скорость и направление движения ветровых волн, границы раздела «вода-лед», толщину льда в различных точках акватории летного бассейна, на основе комплекса информации принимают то или иное решение относительно взлетно-посадочных действий, сообщаемое по радиоканалу на борт экипажам как судна на воздушной подушке, осуществляющему описанные выше действия, так и гидросамолета, готовящегося к выполнению взлетно-посадочных действий.

Однако указанный способ обладает следующими недостатками:

- швартовку, отшвартовку и буксировку гидросамолета, т.е. его проводку по заданному маршруту после приводнения или перед взлетом осуществляют с помощью судна на воздушной подушке, что усложняет и снижает безопасность и надежность проведения взлетно-посадочных действий;

- ограничено применение судна на воздушной подушке для проводки в условиях ограниченной атмосферной видимости (низкая облачность, маскирующее действие гидрометеоров, ночное время и т.д.), т.е. в случае невозможности осуществления визуального контакта экипажа с плавучими навигационными знаками и опасными объектами;

- проводка экипажем судна на воздушной подушке по заданному маршруту на акватории гидроаэродрома в условиях ограниченной атмосферной видимости с помощью данных радиолокатора и гидролокатора осложнена несовершенством их интерференционных антенн, в частности, наличием значительного бокового излучения (приема) электромагнитных и ультразвуковых волн. Импульсное определение дистанции, и пеленгование притопленного объекта путем поворота основного лепестка характеристики направленности в заданной плоскости предполагает проведение измерений в безграничной среде и отсутствие маскирующих отражений от различных границ раздела, что принципиально расходится с реальными условиями эхопоиска при наличии протяженной взволнованной границы раздела «вода-воздух»;

- движущийся в надводном положении объект – гидросамолет - не снабжен гидроакустической навигационной аппаратурой ближнего действия, позволяющей осуществлять автономные навигационные действия, в частности, осуществлять местоопределение и проводку по курсу необходимой траектории, причем, «традиционная» радиолиния передачи данных и команд представляет собой демаскирующий фактор и может явиться объектом подавления средствами противодействия, спутниковые радиолинии достаточно сложны в аппаратной части и т.д. В этой связи для гидроаэродромов при выполнении взлетно-посадочных действий в качестве дублирующего перспективно дополнительное использование гидроакустического канала;

- каждое донное приемоизлучающее антенное устройство прототипа выполнено из одинаковых электроакустических преобразователей, апертуры которых аппроксимируют полусферическую поверхность, а их статически сформированные «парциальные» лепестки результирующей характеристики направленности равномерно квантуются по телесным секторам в полусфере. Это обеспечивает квантованный по направлению и по «частотной окраске» ультразвуковой эхопоиск опасных объектов нейтральной плавучести в водном объеме взлетно-посадочной полосы, однако, их совокупность не используется в качестве сетевой структуры «всенаправленных» в верхней полусфере гидроакустических донных маяков для проводки, вспомогательных надводных судов, и гидросамолета, снабженных гидроакустической навигационной аппаратурой ближнего действия;

- операторы береговой гидроакустической службы осуществляют различные виды подводного мониторинга, используя активные и пассивные способы использования акустической энергии, однако в прототипе перечисленные операции береговой гидроакустической службы не дополнены проводкой по акустическим «приводным» пучкам вспомогательных надводных судов и гидросамолета, снабженных гидроакустической навигационной аппаратурой ближнего действия, основой проводки является то, что на границе раздела «вода – воздух» заданного участка акватории можно сформировать индивидуальное распределение «частотно-окрашенных пятен» локального ультразвукового облучения со стороны дна, которые можно рассматривать как точки необходимой траектории движения;

- операторы береговой гидроакустической службы могут с помощью сетевой структуры «приводных» донных маяков - приемоизлучающих антенных устройств сформировать необходимое число траекторий проводки по требуемому курсу вспомогательных надводных судов и гидросамолета, снабженных гидроакустической навигационной аппаратурой ближнего действия, причем информационным признаком выбираемой траектории движения объекта может являться как одинаковость, так и заданная закономерность изменения «частотной окраски» участков границы раздела «вода-воздух», облучаемых со стороны дна; однако подобные действия в прототипе не предусмотрены.

Признаки, совпадающие с заявляемым способом:

- определяют положение взлетно-посадочной полосы с учетом направления ветра и из условия минимальности имеющейся на акватории ветровой волны,

- с помощью судна на воздушной подушке осуществляют разметку взлетно-посадочной полосы посредством установки плавучих навигационных знаков:

- маркерных (по два входных, центральных и выходных) по краям взлетно-посадочной полосы),

- курсового маяка (ось взлетно-посадочной полосы),

- самого судна на воздушной подушке как знака зоны приводнения, причем, ориентация судна на воздушной подушке носом против ветра указывает направление последнего (направление захода на взлетно-посадочную полосу для приводнения или взлета),

- на борту судна на воздушной подушке размещают глиссадные и курсовые радиомаяки для посылки и приема радиосигналов, обеспечивающих приводнение гидросамолета в условиях плохой видимости,

- в процессе подготовки летного бассейна на дне акватории вдоль осей четырех радиальных взлетно-посадочных полос образуют восьмиконечный крест, концы которого сдвинуты друг относительно друга на 45⁰, что соответствует возможным направлениям ветра, размещает при помощи судна на воздушной подушке приемоизлучающие антенные устройства,

- донные приемоизлучающие антенные устройства соединяют кабелем с аппаратурой береговой гидроакустической службы гидроаэродрома, обеспечивающей формирование зондирующих сигналов возбуждения однотипных электроакустических преобразователей накачки параметрических антенн, образующих полусферическую апертуру, обработку и отображение информации, полученной в широком частотном диапазоне с «индивидуальной» для каждого антенного устройства полосой,

- операторы осуществляют различные виды подводного мониторинга:

- квантованный по направлению и по «частотной окраске» ультразвуковой эхопоиск опасных объектов нейтральной плавучести в водном объеме взлетно-посадочной полос,

- текущий эхопоиск на периметре летного бассейна гидроаэродрома;

- режим пассивного наблюдения дальней подводной обстановки в шельфовой зоне, примыкающей к акватории гидроаэродрома,

- операторы береговой гидроакустической службы на основе дистанционно полученной информации о подводной обстановке на акватории также оценивают состояние водного объема по таким параметрам, как глубина, направление и скорость течения водных масс), границы раздела «воздух-вода», высота, скорость и направление движения ветровых волн, границы раздела «вода-лед», толщина льда в различных точках акватории летного бассейна,

- операторы береговой гидроакустической службы на основе комплекса информации принимают то или иное решение относительно взлетно-посадочных действий, сообщаемое по радиоканалу на борт экипажам судна на воздушной подушке, осуществляющему описанные выше действия, и гидросамолета, готовящегося к выполнению взлетно-посадочных действий.

Водная составляющая транспортной инфраструктуры Российской Федерации позволяет сформировать сеть гидроаэродромов для базирования и речных трасс для передвижения средств гидроавиации, что составляет разветвленную амфибийную транспортную систему страны. В рамках развития амфибийной транспортной системы актуальна разработка технологий комплексной высокоточной навигации беспилотных гидросамолетов – носителей робототехнических комплексов с использованием радиоэлектронной аппаратуры для оценки готовности надводной и подводной частей взлетно-посадочной полосы к выполнению взлетно-посадочных действий. В настоящее время тактико-технические характеристики беспилотных летательных аппаратов достигли значений, позволяющих решать сложные целевые задачи, в частности, осуществление эффективного и безопасного выполнения взлетно-посадочных действий на аэродроме с подготовленной взлетно-посадочной полосой, в то время как для гидроаэродрома решение данной проблемы находится в стадии разработки.

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего дистанционно осуществлять проводку по необходимой траектории беспилотного гидросамолета, снабженного многочастотной короткобазисной навигационной системой, операторами береговой службы гидроаэродрома в условиях ограниченной атмосферной видимости (низкая облачность, маскирующее действие гидрометеоров, ночное время и т.д.) и подавления средствами противодействия «традиционной» радиолинии передачи данных и команд.

Технический результат изобретения заключается в повышении безопасности взлетно-посадочных действий при проводке беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна гидроаэродрома за счет применения дополнительного гидроакустического канала и формирования сетевой структуры всенаправленных в верхней полусфере гидроакустических донных маяков для навигационной проводки надводных плавсредств.

Технический результат достигается тем, что в известном способе подготовки летного бассейна гидроаэродрома для выполнения взлета и приводнения гидросамолета, заключающемся в том, что в пределах летного бассейна гидроаэродрома:

1) определяют положение ВПП с учетом направления ветра и из условия минимальности имеющейся на акватории ветровой волны,

2) экипаж СВП производит разметку ВПП посредством установки плавучих навигационных знаков:

а) маркерных (по два входных, центральных и выходных соответственно) по краям ВПП),

б) курсового маяка (ось ВПП),

в) самого СВП как знака зоны приводнения, причем, ориентация СВП носом против ветра указывает направление последнего (направление захода на ВПП для приводнения или взлета),

3) на борту экипаж СВП размещает глиссадные и курсовые радиомаяки для посылки и приема радиосигналов, обеспечивающих приводнение гидросамолета в условиях плохой видимости,

4) в процессе подготовки летного бассейна на дне акватории вдоль осей четырех радиальных ВПП (образуют восьмиконечный крест, сдвинуты друг относительно друга на 45⁰, что соответствует возможным направлениям ветра) экипаж СВП размещает ПАУ полусферической формы (пат. № 104732 РФ G01S 15/00, опубл. 20.05.2011, Бюл №14),

5) размещают при помощи СВП донные ПАУ, которые соединяют кабелем с аппаратурой береговой гидроакустической службы гидроаэродрома, обеспечивающей формирование зондирующих сигналов возбуждения однотипных электроакустических преобразователей (ЭАП), образующих полусферическую апертуру ПАУ, обработку и отображение информации, полученной в широком частотном, но «индивидуальном» для каждого антенного устройства, диапазоне,

6) операторы береговой гидроакустической службы на постоянной основе вне зависимости от погодных условий, времени суток и года осуществляют различные виды подводного мониторинга:

а) квантованный как по направлению, так и по «частотной окраске» ультразвуковой эхопоиск опасных объектов нейтральной плавучести в водном объеме ВПП,

б) текущий эхопоиск на периметре летного бассейна гидроаэродрома;

в) режим пассивного наблюдения дальней подводной обстановки в шельфовой зоне, примыкающей к акватории гидроаэродрома,

7) операторы береговой гидроакустической службы на основе дистанционно полученной информации о подводной обстановке на акватории также оценивают состояние водного объема (глубина, направление и скорость течения водных масс), границы раздела «воздух-вода» (высота, скорость и направление движения ветровых волн, границы раздела «вода-лед» (толщина льда) в различных точках акватории летного бассейна,

8) операторы береговой гидроакустической службы на основе комплекса информации принимают то или иное решение относительно ВПД, сообщаемое по радиоканалу на борт экипажам как СВП, осуществляющему описанные выше действия, так и гидросамолета, готовящего к выполнению ВПД,

9) операторы береговой гидроакустической службы формируют сетевую структуру ПАУ в качестве гидроакустических донных маяков, для каждого из которых результирующий главный максимум ХН состоит из статически сформированных «парциальных» ХН однотипных ЭАП в режиме параметрического излучения, основные лепестки которых равномерно квантованы по телесным секторам в полусфере;

10) операторы береговой гидроакустической службы за счет соответствующей настройки радиоэлектронной аппаратуры обеспечивают «индивидуальный» частотный набор режима параметрического излучения для каждого из однотипных ЭАП, что позволяет сформировать на границе раздела «вода – воздух» акватории распределение участков поверхности, отличающихся заданными как относительным расположением друг относительно друга, так и «частотной окраской» локального УЗ облучения;

11) операторы береговой гидроакустической службы используют возможность формирования наперед заданных изменений в распределении участков поверхности акватории, отличающихся как относительным расположением друг относительно друга, так и «частотной окраской» локального УЗ облучения, в качестве «приводного» гидроакустического канала дистанционного управления при выполнении ВПД и навигации БГС на акватории летного бассейна, в частности, для его проводки по курсу необходимой траектории;

12) осуществляют управляемые навигационные действия, в частности, проводку БГС по курсу необходимой траектории с помощью многочастотной короткобазисной навигационной системы (КНС);

13) операторы береговой гидроакустической службы осуществляют проводку БГС по курсу необходимой траектории за счет того, что на границе раздела «вода – воздух» для заданных участков акватории сформировано индивидуальное распределение «частотно-окрашенных пятен» локального ультразвукового облучения, являющихся точками его необходимой траектории движения, многочастотная КНС в процессе движения в надводном положении БГС осуществляет пеленгование последовательно изменяющихся направлений на статически сформированные основные лепестки «парциальных» ХН однотипных ЭАП в режиме параметрического излучения, причем, именно режим переключения последних и приводит к перемещению «пятна», за которым и следует БГС;

14) операторы береговой гидроакустической службы могут осуществлять проводку БГС по курсу необходимой траектории с различной точностью его маневрирования, зависящей от значения ультразвукового сигнала, применяемого в качестве рабочего для «приводного» гидроакустического канала дистанционного управления;

15) операторы береговой гидроакустической службы могут формировать необходимое количество траекторий проводки по необходимым курсам как вспомогательных надводных судов, так и БГС, снабженных многочастотной КНС, причем, информационным признаком выбираемой именно данной траектории движения объекта может являться как неизменность, так и заданная закономерность изменения «частотной окраски» участков границы раздела «вода-воздух», облучаемых со стороны дна.

Развитие и экономически обоснованная эксплуатация амфибийной транспортной системы требует стабильности функционирования сети гидроаэродромов базирования амфибийной летательной и транспортной техники, в связи с чем, процесс проведения операций с 1 по 3 включительно по предлагаемому способу широко известен и регулируется Федеральными авиационным правилами полётов в воздушном пространстве Российской Федерации (приказ Министра обороны РФ, Министерства транспорта РФ, Российского авиационно-космического агентства от 31 марта 2002 г. N 136/42/51, в частности, пунктами 131 – 136 раздела XXIII. Полеты гидросамолетов, Постановлением правительства РФ от 30 декабря 2006 года № 882 «Об утверждении правил использования поверхностных водных объектов для взлета, посадки воздушных судов», а также подробно описаны в патентах 2135399 РФ МКИ В 64F 1/18; опубл. 27.08.99, Бюл. №9, 2093428 РФ МКИ В 64F 1/00; опубл. 20.10.97, Бюл. №29. Недостатком применявшейся технологии взлетно-посадочных операций на гидроаэродромах является то, что контроль чистоты акватории летного бассейна гидроаэродрома от опасных для приводнения предметов включает в себя лишь визуальный осмотр с борта гидроплана перед приводнением и каких-либо указаний по гидроакустическому контролю состояния приповерхностного слоя водного объема взлетно-посадочной полосы летного бассейна для служб гидроаэродрома не содержат (см. Наставления по аэродромной службе в гражданской авиации СССР ГА 86.- М.: «Воздушный транспорт», 1987, гл.10, прил. 27-30, «Инженерно-авиационная служба и эксплуатация летательных аппаратов», Н.Н. Андреев и др., М.: изд-во ВВИА им.Жуковского Н.Е., 1970, с.276 – 280). Между тем долговременное базирование на местности гидроаэродрома дает возможность проведения гидроакустического контроля водного объема (длина ~2500 м, ширина ~200 м, глубина ~ от 3м до 6м) летного бассейна на постоянной основе: как круглосуточно, так и круглогодично. Для устранения вышеописанного недостатка были включены признаки с 4 по 8 включительно по заявляемому способу, которые широко известны (см. пат. 2464205 РФ, опубл. 20.10.2012, Бюл. №29, https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/description?CC=RU&NR=2011112733A&KC=A&FT=D&ND=3&date=20121010&DB=&locale=en_EP# , пат. № 104732 РФ, опубл. 20.05.2011, Бюл №14, https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=RU&NR=104732U1&KC=U1&FT=D&ND=3&date=20110520&DB=&locale=en_EP#, процесс их проведения описан и апробирован (см. Волощенко В.Ю. и др. Акустическая локационная система ближнего действия для самолетов-амфибий / Сб. докладов VII научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2008», ч.2. - М.: ЦАГИ, 2008. – С.96 – 101, Волощенко В.Ю. Гидроакустический мониторинг мелководного объема взлетно-посадочной полосы гидроаэродрома // Труды Х Всерос. конф. ГА-2010 «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики».- СПб.: Наука, 2010, С.118-120, Волощенко В.Ю., Волощенко А.П. и др. Многопозиционная система наблюдения за состоянием акватории летного бассейна гидроаэродрома / Сб. докладов VIII науч. конф. по гидроавиации «Гидроавиасалон-2010», ч.1. - М.: ЦАГИ, 2010. – С.169 – 172, Волощенко В.Ю. К вопросу о повышении безопасности взлетно-посадочных технологий на акватории летного бассейна гидроаэродрома / Materialy VIII Mezinarodni Vedecko-prakticka Konference “VEDECKY POKROK NA PRELOMU TYSYACHALETY” – 2012, 27.05.2012 – 05.06.2012 – Praha, Publishing House “Education and Science” s.r.o., 2012. – P.78-82, Волощенко В.Ю. Гидроаэродром: повышение безопасности взлетно-посадочных действий на акватории летного бассейна // Изв. вузов. Авиационная техника. 2016. № 2. С. 108 – 113).

Однако, именно совокупность отличительных признаков (9-15) заявляемого изобретения позволяет повысить безопасность взлетно-посадочных действий при проводке беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна гидроаэродрома за счет применения дополнительного гидроакустического канала и формирования сетевой структуры всенаправленных в верхней полусфере гидроакустических донных маяков для навигационной проводки надводных плавсредств.

Следует отметить, что острой проблемой для Российской Федерации, как и для других стран с большими лесными ресурсами, являются пожары. Практика тушения лесных пожаров с воздуха давно зарекомендовала себя во многих странах мира как одно из основных средств борьбы с этим бедствием. В основе концепции применения гидросамолета в борьбе с пожаром лежит его уникальная способность осуществления взлетно-посадочные действий (ВПД) на водной поверхности, что дает возможность оперативного забора воды из водоемов, причем, перспективным направлением развития данного подхода повышения безопасности ВПД является использование БГС, снабженного как робототехническим комплексом (РТК), так и специализированной гидроакустической радиоаппаратурой для его дистанционного управления при выполнении ВПД и навигации БГС на акватории летного бассейна гидроаэродрома.

Изобретение поясняется чертежами, где

На фиг.1 представлена схема разметки акватории летного бассейна (вид сверху), на которой обозначены:

1- четыре взлетно-посадочные полосы (подготовленная к взлетно-посадочным действиям гидросамолета заштрихована), 2-акватория в масштабе «1 клетка-100 метров», 3 - направление ветра, 4 – девять приемоизлучающих антенных устройств (*), концентрические окружности показывают дальность действия приемоизлучающих антенных устройств (- • • на сигнале разностной частоты, -, - - -, - • - • на сигналах высокочастотных компонент накачки), 5 - четыре плавучих маркерных знака (края взлетно-посадочные полосы ⊗), 6 – курсовой маяк (ось взлетно-посадочные полосы ⊕), 7 – судно на воздушной подушке (знак зоны начала приводнения ∅);

на фиг.2 приведена конструкция многочастотного донного приемоизлучающего антенного устройства:

на фиг.3 А, Б представлены экспериментальные характеристики направленности квадратного (80мм×80мм) электроакустического преобразователя параметрической антенны: для волны накачки (А) с частотой 230 кГц и формирующихся в водной среде сигналов нескольких разностных (Б) частот - 40, 20 и 2,5 кГц (а, б, в соответственно);

на фиг.4 приведены экспериментальные характеристики направленности двух однотипных параметрических антенн с круглыми, диаметром 65 мм электроакустическими преобразователями накачки для формирующегося в водной среде сигнала разностной частоты = 50 кГц;

на фиг.5 представлены экспериментально измеренные в условиях гидроакустического бассейна характеристики направленности электроакустического преобразователя накачки параметрической антенны для сигнала накачки частоты = 270 кГц и формирующихся в нелинейной водной среде высших гармонических компонент кГц, кГц;

на фиг.6 а, б – изображены две проекции конфигурации макета участка полосы наибольшего периметра многочастотного приемоизлучающего антенного устройства, который выполнен на основе пяти электроакустических преобразователей накачки;

на фиг.7, 8, 9 показаны секторные характеристики направленности макета в угломестной плоскости: для сигнала накачки 270 кГц, для второй гармоники сигнала накачки 540 кГц, для третьей гармоники сигнала накачки 810 кГц при трех электроакустических преобразователях накачки;

на фиг.10 – приведены секторные характеристики направленности макета в угломестной плоскости для сигнала разностной частоты 50 кГц при двух электроакустических преобразователях накачки;

на фиг.11 – изображена схема применения приемоизлучающих антенных устройств для обеспечения проводки беспилотного гидросамолета, снабженного многочастотной короткобазисной навигационной системой по оси взлетно-посадочной полосы;

на фиг.12 – представлена в двух проекциях (вверху - главный вид, внизу – вид сверху) схема применения приемоизлучающего антенного устройств для обеспечения проводки беспилотного гидросамолета, снабженного многочастотной короткобазисной навигационной системой. На виде сверху можно увидеть кроме «частотноокрашенных» пятен кругло-овальной формы схематичное изображение трех надводных объектов:

- первого (вертикальная штриховка, траектория проводки слева направо – прямая линия через центральное пятно, объемное изображение данного случая представлено на фиг.11),

- второго (штриховка 45⁰, траектория проводки слева направо – дуга с вершиной на ряд ниже центрального «пятна»),

- третьего (штриховка 75⁰, траектория проводки «снизу вверх» - часть окружности с прямолинейными участками входа и выхода);

на фиг.13 схематически проиллюстрирован метод равносигнальной зоны на нескольких ультразвуковых сигналах;

на фиг.14 изображена диаграмма параметров КНС для пеленгации излучающего в данный момент времени ЭАП задействованного ПАУ с борта БГС как в пресной, так и в морской воде.

Способ реализуется следующим образом.

Как следует из схемы разметки акватории летного бассейна (фиг.1, вид сверху), на дне акватории упорядоченно расположены необходимое количество ПАУ – дальности действия которых на различных ультразвуковых сигналах изображены концентрическими окружностями (- • • на сигнале разностной частоты, -, - - -, - • - • на сигналах высокочастотных компонент накачки), что можно рассматривать как сетевую структуру из «всенаправленных» в верхней полусфере гидроакустических донных маяков (ГДМ), каждый из которых состоит из излучающих параметрических антенн. Каждое ПАУ выполнено из (192 шт.) одинаковых электроакустических преобразователей (ЭАП) излучающих параметрических антенн, апертуры которых аппроксимируют полусферическую поверхность (фиг.2), а акустические оси - равномерно распределены в полупространстве (8⁰ при уровне 0,7 перекрывания основных лепестков ХН ЭАП излучающих параметрических антенн, выходя из одной точки, являющейся центром полусферы (диаметр 0,63 м, резонансная частота ЭАП =250 кГц, диаметр ЭАП 0,059 м, 11 рядов ЭАП) (см. Волощенко В.Ю., Волощенко А.П. Антенное устройство для многопозиционной системы ближнего подводного наблюдения //Известия ЮФУ. Технические науки. Тематич.выпуск. «Экология 2011 - море и человек». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2011. №9(122).-24-30, пат. №104732 РФ, опубл.20.05.2011, Бюл №14,https://worldwide.espacenet.com/publicationDetails/originalDocument?CC=RU&NR=104732U1&KC=U1&FT=D&ND=3&date=20110520&DB=&locale=en_EP#). Режим излучающей параметрической антенны (см. Гидроакустическая энциклопедия. – Таганрог, Издательство ТРТУ. 1999, с.389 – 402) позволяет генерировать полигармонический зондирующий сигнал как результат изменения упругих свойств нелинейной водной среды в области распространения мощного бигармонического () сигнала накачки, приводя к перераспределению энергии интенсивных ультразвуковых волн по частотной оси как «вверх» – генерации высших гармонических компонент волн накачки, волны суммарной частоты (), где =2,3,4, …., так и «вниз» – генерации волны разностной частоты. Генерация в водной среде данных спектральных компонент параметрической антенной достаточно полно изучена теоретически и экспериментально, предложено множество практических приложений, в частности, связанных с формированием направленного зондирующего пучка с практически неизменной угловой шириной для значительного диапазона низкочастотных сигналов при малых весогабаритных параметров используемого электроакустического преобразователя. Типичные результаты экспериментальных измерений основного лепестка ХН (слева направо соответственно) излучающей параметрической антенны для сигнала накачки на частоте =230 кГц и генерируемых в водной среде сигналов разностных частот 40 кГц (а), 20 кГц (б) и 2,5 кГц (в) представлены на фиг.3А, 3Б (см. В.А.Воронин, С.П.Тарасов, В.И.Тимошенко. Гидроакустические параметрические системы. Ростов н/Д: Ростиздат, 2004, с.67-69). Из представленных записей (три справа) видно, что угловая ширина по уровню (-3 дБ), (-6 дБ) и (-10 дБ) зондирующего пучка в диапазоне разностных частот (2,5 – 40) кГц практически постоянна и равна 4⁰, 6⁰ и 8⁰ соответственно при практически полном отсутствии бокового поля (- 30 дБ), характеристика направленности электроакустического преобразователя на частоте накачки =230 кГц (крайний слева) соответствует закономерностям «линейной» акустики: уровень боковых лепестков (- 16 дБ) при угловой ширине основного лепестка около 4⁰. На фиг.4 представлены результаты экспериментальных измерений основных лепестков ХН двух однотипных излучающих параметрических антенн с круглыми (диаметр 65 мм) ЭАП для формирующегося в водной среде сигнала разностной частоты = 50 кГц, откуда следует, что для каждой из них угловая ширина основного лепестка по уровню 0,7 для низкочастотного зондирующего сигнала составляет 6⁰ при уровне бокового излучения (-30 дБ).

Эксплуатационные возможности донных ПАУ, используемых в предлагаемом способе в качестве ГДМ, расширяет использование сигналов суммарной частоты, высших гармоник сигналов накачки - (), так как усилит одно из наиболее важных качеств параметрических гидролокационных систем: возможность оперативной перестройки параметров зондирующих сигналов (см. В.Ю.Волощенко, В.И.Тимошенко. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения (ч.1).- Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009). На фиг.5 представлены результаты экспериментальных измерений основных лепестков ХН излучающих параметрических антенн для сигнала накачки частоты = 270 кГц и формирующихся в нелинейной водной среде высших гармонических компонент кГц, кГц (см. Волощенко В.Ю., Тимошенко В.И., Волков С.В., Панченко П.В., Волков А.С. Акустическая локационная система ближнего действия для самолетов-амфибий / Сб. докладов VII научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2008», ч.2. - М.: ЦАГИ, 2008. – С.96 – 101). Используя масштабную сетку, нанесенную на фиг.5, проведем сопоставление угловых распределений амплитуд звуковых давлений данных сигналов. Так, из записей для сформировавшихся в водной среде сигналов следует, что электроакустический преобразователь накачки имеет: на частоте = 270 кГц - угловую ширину диаграммы направленности по уровню 0,7 = 5,2⁰; на частоте = 540 кГц - угловую ширину диаграммы направленности по уровню 0,7 = 3,8⁰; на частоте = 810 кГц - угловую ширину диаграммы направленности по уровню 0,7 = 2,6⁰.

Данные параметры ультразвуковых полей формирующихся в водной среде компонент , () спектра излучения параметрической антенны позволили при использовании нескольких однотипных круглых (диаметр 65 мм) ЭАП излучающих параметрических антенн провести испытания макета предлагаемой конструкции ПАУ. Экспериментальные испытания разработанного макета участка полосы наибольшего периметра ПАУ (фиг.6), который изготовлен на основе пяти ЭАП (диаметр поверхности каждого ЭАП (1-5) накачки 65мм, угол разнесения акустических осей соседних преобразователей 6⁰, радиус кривизны 0,55 м, частоты центральной исходной и разностной волн =275 кГц и =50 кГц соответственно) в условиях гидроакустического бассейна показали следующее:

1) конструкция разработанного макета позволяет путем переключения ЭАП производить на рабочих сигналах , дискретное сканирование соответствующих ХН излучающих параметрических антенн с шагом 6⁰ в секторе 30⁰;

2) одновременное возбуждение нескольких ЭАП макета позволяет формировать секторные ХН в заданной плоскости. Так, для трех соседних излучающих параметрических антенн значения угловой ширины по уровню 0,7 результирующего основного лепестка секторной ХНв угломестной и азимутальной плоскостях составляют: для сигнала накачки 270 кГц 18⁰ и 5,2⁰ (фиг.7) , для второй гармоники сигнала накачки 540 кГц 16⁰ и 3,8⁰ (фиг.8), для третьей гармоники сигнала накачки 810 кГц 16,6⁰ и 2,6⁰ (фиг.9). Как следует из фиг.7, 8, 9, флуктуации уровней амплитуд звукового давления в области результирующих основных лепестков для сигналов составляли не более 3 дБ, 7 дБ и 9 дБ соответственно, что вызвано выбором слишком большой величины угла разнесения (6⁰) акустических осей соседних ЭАП. Для двух соседних излучающих параметрических антенн значения угловой ширины по уровню 0,7 результирующего основного лепестка секторной ХН в угломестной и азимутальной плоскостях составляют: для сигнала разностной частоты 50 кГц 12⁰ и 6⁰ (фиг.10) при флуктуации уровня амплитуды звукового давления в области результирующего главного максимума не более 2 дБ и уровне бокового излучения (-24 дБ);

3) конструкция макета позволяет сохранить преимущества излучающих параметрических антенн, причем, поворот основного лепестка секторной ХН производится наиболее простым способом – путем переключения ЭАП накачки, что выгодно его отличает от электронного и механического дискретного сканирования. Очевидно, что операторы береговой гидроакустической службы могут осуществлять проводку БГС за счет описанного выше переключения, в результате чего на границе раздела «вода – воздух» заданного участка акватории перемещается индивидуально «частотно-окрашенное пятно» локального ультразвукового облучения со стороны дна, задавая необходимую траекторию движения (фиг.11, 12);

4) полоса пропускания электроакустического преобразователя накачки составляет около 55 кГц, что позволяет формировать в водной среде излучающую параметрическую антенну, частоты волн накачки которой изменяются в диапазонах =(248,5-272,5) кГц и (277,5-302,5) кГц и эффективно генерирует дополнительные компоненты спектра излучения в диапазонах частот: разностных (5-55) кГц, вторых гармоник волн накачки кГц и кГц.

Современные микропроцессорные средства позволяют для каждого ЭАП излучающих параметрических антенн, входящего в комплект донного ПАУ, запрограммировать «индивидуальный» набор параметров излучения: момент излучения в требуемом направлении, длительность зондирующего импульса, значения частот бигармонической накачки , входящих в полосу пропускания ЭАП, а также регистрируемую спектральную компоненту из набора частот принимаемого полигармонического эхосигнала (см. Воронин В.А., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы. - Ростов н/Д: Ростиздат, 2004, с.243-247). Это позволяет осуществить важную операцию при ультразвуковом облучении на мелководье, устраняющую причину возникновения ультразвуковых помех взаимного влияния при «встречном» или «скользящем» взаимном облучении друг друга соседними донными ПАУ, - уникальное «частотное окрашивание» каждого пространственного углового сектора в верхней полусфере подводного наблюдения за счет соответствующей фильтрации полигармонических сигналов. Исходя из вышесказанного следует, что операторы береговой гидроакустической службы на постоянной основе вне зависимости от погодных условий, времени суток и года имеют возможность осуществлять не только различные виды подводного мониторинга, но и могут использовать ПАУ в качестве «всенаправленных» в верхней полусфере ГДМ, каждый из которых позволяет сформировать квантово перемещаемый в водном пространстве (за счет переключения ЭАП, аппроксимирующих апертуру ПАУ, фиг.11, заштрихованы два парциальных основных лепестка задействованных в данный момент для проводки БГС) гидроакустический канал дистанционного управления при выполнении ВПД , в частности, для навигационной проводки БГС на акватории. Отметим, что полученный результат обеспечен квантованной как по направлению, так и по «частотной окраске» ультразвуковой «подсветкой» на границе раздела «вода – воздух» акватории, т.е. индивидуальным распределением «частотно-окрашенных пятен» за счет «локально-пучкового» ультразвукового облучения со стороны дна (см. фиг.12). Таким образом, на границе раздела вода – воздух заданного участка акватории можно сформировать индивидуальное распределение «частотно-окрашенных пятен» локального УЗ облучения, причем, как сплошное, так и дискретное, последнее и можно рассматривать как отдельные точки необходимой траектории движения беспилотного гидросамолета (фиг. 11 и фиг.12), снабженного многочастотной короткобазисной навигационной системой (КНС) (см. пат. № 86321 РФ G01S 15/00; Опубл. 27.08. 2009, Бюл №24). Данное устройство отслеживает расположенный впереди по курсу «акустически обозначенный» участок необходимого направления проводки. Следует отметить, что как форма всей необходимой траектории движения, так и наличие ее отдельных «акустически освещенных» участков, ориентирующих движение БГС по водной поверхности в данный момент времени, определяется расположением на полусферической поверхности ПАУ (фиг.2) необходимого количества ЭАП, задействованных в излучении. На фиг.12 – в двух проекциях (вверху - главный вид, внизу – вид сверху) представлена схема применения ПАУ для обеспечения одновременной проводки как БГС, так и других надводных плавсредств (1,2,3), снабженных многочастотными КНС. На виде сверху можно увидеть кроме «частотноокрашенных» пятен кругло-овальной формы схематичное изображение трех надводных объектов: - 1 (вертикальная штриховка, траектория проводки «справа налево» – прямая линия через центральное пятно, объемное изображение данного случая представлено на фиг.11), -2 (штриховка 45⁰, траектория проводки «справа налево – дуга с вершиной на ряд ниже центрального «пятна»),- 3 (штриховка 75⁰, траектория проводки «снизу вверх» - часть окружности с прямолинейными участками входа и выхода).

На фиг.13 проиллюстрирован метод равносигнальной зоны на нескольких ультразвуковых сигналах с частотами , , , что позволяет регулировать точность пеленгования излучающего в данный момент времени ЭАП задействованного ПАУ, т.е. «приводного» гидроакустического канала дистанционного управления при выполнении ВПД, в частности, для навигационной проводки БГС на акватории. Как следует из фиг.13, для акустических преобразователей КНС диаметром 10 см и длинах волн принимаемых сигналов: =75 мм (20 кГц), =6 мм (250 кГц) и =3 мм (500 кГц) значения угловой ширины основного лепестка по уровню 0,7 составят ~ 78⁰, 5⁰ и 2,5⁰ соответственно, что при соблюдении условия для двух групп акустических преобразователей КНС обеспечит сектора обзора по уровню 0,7 ~ 105⁰, 10⁰ и 5⁰ соответственно. Таким образом, пеленгование ЭАП задействованного ПАУ с помощью КНС может обеспечить три режима: - на сигнале =20 кГц - дальний привод БГС с невысокой точностью; - на сигнале =250 кГц - уточнение позиции БГС для средних дистанций; - на сигнале =500 кГц - ближний привод БГС с высокой точностью (см. Волощенко В.Ю., Волков С.В. Гидроакустические навигационные системы для обеспечения безопасного маневрирования на акватории гидроаэродрома / Сб. докладов Х1 международной научной конференции по гидроавиации «Гидроавиасалон-2016», ч.2.- М.: ЦАГИ, 2016. – С.90-94, Волощенко В.Ю. Параметрические навигационные системы // Материалы Седьмой Всерос. науч.-практ. конференции «Перспективные системы и задачи управления». – Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2012, С.329-337.

На фиг.14 изображена диаграмма параметров КНС [4] для пеленгации излучающего в данный момент времени ЭАП задействованного ПАУ с борта БГС как в пресной, так и в морской воде, включающая в себя следующие зависимости: 1) кривые (•-•-•-), (- - -), (-), отображающие характеристики расчетного режима работы ЭАП ПАУ; 2)прямые (•-•-•-), (- - -) и (-), отображающие при заданном пороге обнаружения уровни маскирующей шумовой помехи в месте установки групп приемных акустических преобразователей КНС на движущемся со скоростью =8 узлов в надводном положении БГС на частотах рабочих сигналов при одинаковой ширине полосы пропускания приемных трактов (100 Гц). Из совместного анализа расчетных графиков, представленных на рис.14 следует, что КНС обеспечивает уверенное пеленгование го ЭАП задействованного в данный момент времени ПАУ при движении БГС на рабочих частотах до дистанций: 1) разностной =20 кГц - ≈20 км (пресная вода) и ≈ 12 км (морская вода), 2) накачки =250 кГц – ≈ 4 км (пресная вода) и ≈ 2,3 км (морская вода), 3)второй гармоники =500 кГц – ≈ 1,5 км (пресная вода) и ≈ 0,8 км (морская вода). Энергетическую дальность действия на всех рабочих частотах ограничивает изотропная шумовая помеха: наибольшее ограничение (+61 дБ) наблюдается на низкой частоте, а наименьшее – на высоких (+4 дБ, - 8 дБ). Для дистанций до 100 м, т.е. соизмеримых с поперечными размерами ВПП гидроаэродрома, как для пресной, так и для морской воды в условиях повышенной шумовой помехи (до +160 дБ - шум турбин самолета в воздушной среде на удалении 5 м) является оптимальным использование высокочастотных сигналов ( ) соответственно (см. Волощенко В.Ю. Многочастотные навигационные гидроакустические средства // Труды Х Всероссийской конференции ГА-2010 «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики».- СПб.: Наука, 2010, С.80-83, Волощенко В.Ю. Многочастотная навигационная система с гидроакустическими маяками // Нелинейные акустические системы. Сб. статей, май, 2008. – Ростов н/Д: ЗАО «Ростиздат», 2008. С. 111-121).

Отметим преимущества заявляемого способа. Развитие и экономически обоснованная эксплуатация транспортных коммуникаций, в частности, и амфибийной транспортной системы, требует стабильности функционирования сети гидроаэродромов базирования амфибийной летательной и транспортной техники. Долговременное базирование на местности гидроаэродрома дает возможность проведения гидроакустического контроля водного объема летного бассейна с геометрическими размерами: длина ~2500 м, ширина ~200 м, глубина ~ от 3м до 6м круглосуточно и круглогодично. Оперативность результативного гидроакустического мониторинга водного слоя летного бассейна значительных поперечных размеров (фиг.1), но столь малых глубин, может быть обеспечена при одновременном «разночастотном» ультразвуковом зондировании отдельных его частей, отображении и анализе полученной информации, на основе чего в реальном масштабе времени проясняется подводная обстановка на всей акватории гидроаэродрома. Как отмечено выше, с этой целью дно прибрежного участка водной акватории гидроаэродрома оборудовано приемоизлучающими антенными устройствами полусферической формы (фиг.2), которые могут быть выполнены, например, по патенту РФ № 104732. Для увеличения производительности эхопоиска в пределах заданных частей водного объема мелководного летного бассейна гидроаэродрома каждое приемоизлучающее антенное устройство обеспечивает уникальные условия подводного наблюдения, в частности, квантованный по направлению и по «частотной окраске» ультразвуковой эхопоиск опасных объектов нейтральной плавучести в водном объеме взлетно-посадочной полосы в режимах кругового или секторного обзора в азимутальной и угломестной плоскостях. Квантование направлений эхопоиска обеспечивает конструкция приемоизлучающего антенного устройства (фиг.2) в виде плоских одинаковых обратимых электроакустических преобразователей, акустические оси которых разнесены на заданный угол и выходят из одной точки – центра кривизны аппроксимируемой поверхности полусферы. Квантованный по «частотной окраске» ультразвуковой эхопоиск может быть обеспечен при использовании эффектов нелинейной акустики, в частности, при возбуждении данных электроакустических преобразователей в режиме излучающей параметрической антенны. Такой режим позволяет генерировать в гидроакустическом канале полигармонический зондирующий сигнал как результат изменения упругих свойств нелинейной водной среды в области распространения мощного бигармонического () сигнала накачки, приводящий к перераспределению энергии интенсивных ультразвуковых волн по частотной оси «вверх» – генерации высших гармонических компонент волн накачки, волны суммарной частоты (), где =2,3,4, …. и «вниз» – генерации волны разностной частоты. Генерация в водной среде данных спектральных компонент параметрической антенной достаточно полно изучена теоретически и экспериментально, предложено множество практических приложений, в частности, связанных с формированием направленного зондирующего пучка с практически неизменной угловой шириной для значительного диапазона низкочастотных сигналов при малых массогабаритных характеристиках используемого электроакустического преобразователя.

Применение заявляемого способа позволит повысить безопасность взлетно-посадочных действий при проводке беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна гидроаэродрома за счет применения дополнительного гидроакустического канала и формирования сетевой структуры всенаправленных в верхней полусфере гидроакустических донных маяков для навигационной проводки надводных плавсредств и также может быть широко использовано в практике тушения лесных пожаров.

Изобретение относится к способу проводки беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна. Способ заключается в том, что в пределах летного бассейна определяют положение взлетно-посадочной полосы, производят разметку по ее краям при помощи судна на воздушной подушке определенным образом, ориентируют судно на воздушной подушке определенным образом, размещают на борту судна на воздушной подушке глиссадные и курсовые радиомаяки, устанавливают на дне акватории вдоль осей четырех радиальных взлетно-посадочных полос восьмиконечный крест определенным образом, размещают при помощи судна на воздушной подушке приемоизлучающие антенные устройства полусферической формы, соединяют их кабелем с аппаратурой береговой гидроакустической службы гидроаэродрома, проводят подводный мониторинг, осуществляют квантованный по направлению и по спектральному составу ультразвуковой эхопоиск объектов нейтральной плавучести в водном объеме взлетно-посадочной полосы, проводят пассивное наблюдение дальней подводной обстановки в шельфовой зоне, примыкающей к акватории гидроаэродрома, оценивают на основе дистанционно полученной информации о подводной обстановке на акватории состояние водных масс, по результатам анализа которой принимают решение относительно взлетно-посадочных действий, сообщают его по радиоканалу экипажу судна на воздушной подушке, осуществляющему описанные выше действия, и экипажу гидросамолета, готовящемуся к выполнению взлетно-посадочных действий, формируют сетевую структуру всенаправленных в верхней полусфере гидроакустических донных маяков при помощи многочастотных приемоизлучающих антенных устройств, образующих дополнительный гидроакустический канал для навигационной проводки надводных плавсредств, и осуществляют управляемые навигационные действия беспилотного гидросамолета с помощью многочастотной короткобазисной навигационной системы. Обеспечивается повышение безопасности взлетно-посадочных действий при проводке беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна гидроаэродрома. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

1. Способ проводки беспилотного гидросамолета на акватории летного бассейна, заключающийся в том, что в пределах летного бассейна гидроаэродрома определяют положение взлетно-посадочной полосы с учетом направления ветра и из условия минимальности имеющейся на акватории ветровой волны производят по краям взлетно-посадочной полосы разметку взлетно-посадочной полосы при помощи судна на воздушной подушке посредством установки плавучих навигационных маркерных знаков по два входных, центральных и выходных, установку курсового маяка на оси взлетно-посадочной полосы, судна на воздушной подушке как знака зоны приводнения, ориентируют судно на воздушной подушке носом против ветра, тем самым указывают направление ветра и направление захода на взлетно-посадочную полосу для приводнения или взлета, размещают на борту судна на воздушной подушке глиссадные и курсовые радиомаяки для посылки и приема радиосигналов, обеспечивающих приводнение гидросамолета в условиях плохой видимости, устанавливают на дне акватории вдоль осей четырех радиальных взлетно-посадочных полос восьмиконечный крест, концы которого соответствуют возможным направлениям ветра, размещают при помощи судна на воздушной подушке приемоизлучающие антенные устройства полусферической формы, соединяют их кабелем с аппаратурой береговой гидроакустической службы гидроаэродрома, обеспечивающей формирование сигналов возбуждения однотипных электроакустических преобразователей накачки параметрических антенн, образующих полусферическую апертуру приемоизлучающих антенных устройств, обработку и отображение информации, полученной в широком частотном диапазоне, с индивидуальной для каждого антенного устройства полосой, проводят подводный мониторинг, осуществляют квантованный по направлению и по спектральному составу ультразвуковой эхопоиск объектов нейтральной плавучести в водном объеме взлетно-посадочной полосы, проводят пассивное наблюдение дальней подводной обстановки в шельфовой зоне, примыкающей к акватории гидроаэродрома, оценивают на основе дистанционно полученной информации о подводной обстановке на акватории состояние водных масс, по результатам анализа которой принимают решение относительно взлетно-посадочных действий, сообщают его по радиоканалу экипажу судна на воздушной подушке, осуществляющему описанные выше действия, и экипажу гидросамолета, готовящемуся к выполнению взлетно-посадочных действий, отличающийся тем, что формируют сетевую структуру всенаправленных в верхней полусфере гидроакустических донных маяков при помощи многочастотных приемоизлучающих антенных устройств, образующих дополнительный гидроакустический канал для навигационной проводки надводных плавсредств, и осуществляют управляемые навигационные действия беспилотного гидросамолета с помощью многочастотной короткобазисной навигационной системы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемоизлучающие антенные устройства выполняют из одинаковых электроакустических преобразователей, апертуры которых аппроксимируют полусферическую поверхность, а их статически сформированные лепестки результирующей характеристики направленности равномерно квантуют по телесным секторам в полусфере и обеспечивают квантованную по направлению и по частотному спектру ультразвуковую подсветку на границе раздела «вода – воздух» акватории за счет ультразвукового облучения со стороны дна.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют на границе раздела «вода – воздух» заданного участка акватории индивидуальное распределение локального ультразвукового облучения со стороны дна, пеленгуют при помощи многочастотной короткобазисной навигационной системы беспилотного гидросамолета направления на статически сформированные лепестки результирующей характеристики направленности, переключают их и перемещают «пятно», за которым следует беспилотный гидросамолет.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют необходимое число траекторий проводки по требуемому курсу вспомогательных надводных судов и беспилотного гидросамолета с учетом одинаковости и заданной закономерности изменения частотного спектра участков границы раздела «вода-воздух», облучаемых со стороны дна.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемоизлучающие антенные устройства устанавливают на восьмиконечный крест на равных расстояниях от центра.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют текущий эхопоиск на периметре летного бассейна гидроаэродрома и пассивное наблюдение дальней подводной обстановки в шельфовой зоне.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что включают в объем дистанционно получаемой информации параметры глубины, направления и скорости течения водных масс, координаты границ раздела «воздух - вода», раздела «вода - лед», высоты, скорости и направления движения ветровых волн, и толщины льда в различных точках акватории летного бассейна.