Способ оперативного контроля приемного тракта гидроакустического комплекса корабля Российский патент 2020 года по МПК H04R29/00 

Изобретение относится к области гидроакустики и измерительной техники, и может быть использовано для определения технического состояния приемного тракта гидроакустического комплекса корабля.

Общей проблемой является низкая достоверность контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля без прерывания его штатной работы.

Существует способ, по которому осуществляет контроль коэффициента передачи состояния приемного тракта аппаратуры косвенным способом - путем измерения выходного сигнала контролируемого канала и сравнения с жесткими допусками на контролируемый сигнал. (Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Разработка методики проектирования систем контроля многоканальных приемно-усилительных трактов. // Р.И. Родимова. Л., ЛЭТИ, 1984.)

Недостатком данного способа является низкая достоверность контроля, поскольку отсутствует возможность оперативного отслеживания изменения характеристик канала. Метод не имеет возможности адаптации к внешним условиям, допуски задаются на этапе разработки системы и не поддаются оперативному изменению.

Известен способ, согласно которому выполняется моделирование определенной ситуации путем подачи, на вход объекта диагностирования стимулирующего сигнала с заданными параметрами - сквозной контроль (СК). При контроле производится обработка процесса для определения значения контролируемого параметра и анализируется результат допускового контроля параметров в соответствии с критерием отказа. (Родимова Р.И., Шинкевич Ю.Г. Автоматизированные системы технического диагностирования гидроакустических комплексов. СПб Гидроакустика. 2015. Вып. 23(3)).

Недостатком этого способа применительно к контролю гидроакустических приемных трактов является невозможность обеспечения работы тракта по штатному назначению во время контроля испытательным сигналом.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оперативного контроля многоканального гидроакустического приемного тракта, согласно которому для обеспечения возможности штатной работы приемного тракта по назначению во время контроля акустическая антенна приемного тракта помещается в морскую среду. В режиме штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые используют в качестве информативных параметров, определяют среднее значение информативных параметров, которые используют в качестве эталонного значения, причем эталонное значение запоминают и используют при сравнении информативных параметров (патент РФ №2061300).

Недостатком способа - прототипа является то, что данный способ контроля обеспечивает достаточно низкую достоверность контроля (порядка 0.61). Также для данного алгоритма контроля увеличивается вероятность фиксации ложного отказа, вследствие отсутствия адаптации к сильным, но кратковременным внешним возмущающим воздействиям из морской среды. Кроме того, способ крайне не устойчив к внешним «нестандартным» возмущениям, т.е. анализируется только внешнее воздействие на элементарный канал, которое имеет во многом стохастический характер, для анализа приходится опираться только на вероятностный анализ. То есть отсутствует конкретизация реакции тракта на конкретное входное воздействие, воздействие шумового сигнала из моря может не подчинятся стандартным законам распределения, тем самым вероятностный анализ работать не будет и достоверность контроля снизится. Так же предлагаемый способ контроля имеет значительные допуска, в которые входит весь диапазон работоспособности, т.е. определить техническое состояние отказ/исправность можно, но нет возможности определить деградационные изменения в канале, т.е. «близость» к выходу из строя канала, это не позволяет сделать оперативный прогноз на остаточный ресурс

Задачей предлагаемого способа является увеличения достоверности и информативности оперативного контроля

Технический результат изобретения в повышении основного показателя качества контроля - достоверности. Также изобретение позволяет отслеживать деградационные изменения в каналах приемного тракта.

Для достижения указанного технического результата в способ оперативного контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля, включающий воздействие на вход каждого канала приемного тракта шумового акустического сигнала, определение среднеквадратического значения параметров шумового сигнала на выходе каждого канала, сравнение полученных значений параметров с предельно допустимой величиной, формирование массива состояний каналов и определение каналов, соответствующих норме, введены новые признаки, а именно: на вход каждого канала из каналов соответствующих норме, в режиме реального времени не прерывая штатную работу канала подают стимулирующий электрический сигнал U_вх в рабочем диапазоне частот на верхней v>v_в или нижней границе полосы пропускания v_н>v, подвергают БПФ обработке участки частотного диапазона, в которых содержится стимулирующий сигнал, рассчитывают с помощью известного коэффициента передачи K_пер(v) многоканального приемного тракта величину ожидаемого сигнала на выходе каждого канал U_вых=K_пер(v)U_вх, сравнивают полученную величину с величиной с заданной величиной U_доп, и те каналы, в которых разность |U_доп - U_вых| этих величин превышает допустимую, считают отказавшими, а остальные каналы продолжают подвергать процедуре контроля посредством стимулирующего сигнала, отслеживая изменение коэффициентов передачи каналов.

Указанный технический результат достигается за счет введения детерминированного входного воздействия U_вх в режиме реального времени. Ввиду известного коэффициента пропускания тракта К_пр известно выходное значение U_вых=U_вхК_пр, по показателю достоверности данный контроль достигает достоверности применяемого в гидроакустических комплексах СК, но при этом не требует прерывания штатной работы. Отсутствие прерывания штатной работы обусловлено тем, что сигнал вноситься в область, не использующуюся для обработки штатными задачами. По показателям качества - достоверности контроля Известно что СК обеспечивает достоверность порядка 0.99 при заданных условиях. (Родимова Р.И., Шинкевич Ю.Г. Автоматизированная система технического диагностирования аппаратуры режима шумопеленгования // Сборник докладов второй научно-технической конференции молодых специалистов ОАО «Концерн «Океанприбор» - СПб: ОАО «Концерн «Океанприбор» 2007)

Так же предлагаемое техническое решение позволяет отслеживать деградационные процессы, происходящие в элементарном канале, т.к. в режиме непрерывного наблюдения появляется возможность отслеживать изменение коэффициента передачи элементарного канала. Что в свою очередь может быть существенным подспорьем для реализации более совершенных методов прогнозирования технического состояния.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 приведена структурная схема оперативного контроля со стимулирующим входным сигналом, на фиг. 2 - полоса пропускания канала с введенным стимулирующим сигналом.

Схема оперативного контроля Многоканальный приемный тракт 1 (фиг. 1), содержит N каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные предварительный усилитель 5, аналого-цифровой преобразователь 4, канал аппаратуры сопряжения 3, выход которого соединен со входом сигнального процессора ЭВМ 2, а выход со входом генератора стимулирующего сигнала 6, второй N-канальный выход которого соединен со вторыми входами N каналов усилителя 5.

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

Реализацию способа удобно продемонстрировать на примере работы устройства (фиг. 1). На вход 5 многоканального усилителя приходит массив входных сигналов от пьезокерамических элементов антенны X[1..N] и от генератора стимулирующих сигналов 6 X_cc[1..N]. Стимулирующий сигнал подается в режиме реального времени рабочем диапазоне частот на верхней v>v_в или нижней границе полосы пропускания v_н>v (фиг. 2). После аналого-цифрового преобразователя 4 массив оцифрованных сигналов приходит на вход аппаратуры сопряжения 3, после чего массив входных сигналов поступает на вход сигнальных процессоров ЭВМ 2. В процессорах ЭВМ происходит математическая обработка сигнала, сравнение полученных значений сигнала с предельно допустимой величиной, формирование массива состояний каналов и определение каналов, соответствующих норме. Далее каналы, в которых сигнал соответствует норме допускаются до второго этапа проверки. На втором этапе идет сравнение сигналов полученных по каналам X_cc[1..N]. В процессорах ЭВМ 2 сравнивают полученную величину U_вых=K_пер(v)U_вх, каждого канала из массива X_cc[1..N] с величиной с заданной величиной U_доп, и те каналы, в которых разность |U_доп-U_вых| этих величин превышает допустимую величину Δ, считают отказавшими, а остальные каналы продолжают подвергать процедуре контроля посредством стимулирующего сигнала, отслеживая изменение коэффициентов передачи каналов.

Представленные данные позволяют считать, что задача успешно решается.

Изобретение относится к области гидроакустики. Cпособ оперативного контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля, при котором на вход каждого канала из каналов, соответствующих норме, в режиме реального времени, не прерывая штатную работу канала, подают стимулирующий электрический сигнал U_вх в рабочем диапазоне частот на верхней v>v_в или нижней границе полосы пропускания v_н>v, подвергают БПФ обработке участки частотного диапазона, в которых содержится стимулирующий сигнал, рассчитывают с помощью известного коэффициента передачи K_пер(v) многоканального приемного тракта величину ожидаемого сигнала на выходе каждого канала U_вых=K_пер(v)U_вх, сравнивают полученную величину с заданной величиной U_доп, и те каналы, в которых разность |U_доп-U_вых| этих величин превышает допустимую, считают отказавшими, а остальные каналы продолжают подвергать процедуре контроля посредством стимулирующего сигнала, отслеживая изменение коэффициентов передачи каналов. Технический результат - повышение достоверности и информативности оперативного контроля. 2 ил.

Способ оперативного контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля, включающий воздействие на вход каждого канала приемного тракта шумового акустического сигнала, определение среднеквадратического значения параметров шумового сигнала на выходе каждого канала, сравнение полученных значений параметров с предельно допустимой величиной, формирование массива состояний каналов и определение каналов, соответствующих норме, отличающийся тем, что на вход каждого канала из каналов, соответствующих норме, в режиме реального времени, не прерывая штатную работу канала, подают стимулирующий электрический сигнал U_вх в рабочем диапазоне частот на верхней v>v_в или нижней границе полосы пропускания v_н>v, подвергают БПФ обработке участки частотного диапазона, в которых содержится стимулирующий сигнал, рассчитывают с помощью известного коэффициента передачи K_пер(v) многоканального приемного тракта величину ожидаемого сигнала на выходе каждого канала U_вых=K_пер(v)U_вх, сравнивают полученную величину с заданной величиной U_доп, и те каналы, в которых разность |U_доп-U_вых| этих величин превышает допустимую, считают отказавшими, а остальные каналы продолжают подвергать процедуре контроля посредством стимулирующего сигнала, отслеживая изменение коэффициентов передачи каналов.