Способ непрерывного контроля приемного тракта гидроакустического комплекса корабля Российский патент 2022 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 без прерывания штатной работы.

Общей проблемой является низкая достоверность контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля без прерывания его штатной работы для приемных трактов малой канальности.

Существует способ, по которому осуществляет контроль коэффициента передачи состояния приемного тракта аппаратуры косвенным способом - путем измерения выходного сигнала контролируемого канала и сравнения его уровня сигнала на входе в сигнальные процессора ЭВМ с допусками. Допуски жестко закреплены (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 при контроле малоканальной системы, поскольку в случае количества элементарных каналов менее ста нельзя с высокой достоверностью осуществить выборку по совокупности для определения среднего значения напряжения в канале и выработать значения нормы. При жестко закрепленных значениях нормы диагностировать можно только два состояния канала: отсутствие сигнала или наличие максимального сигнала, полнота контроля при этом мала, так как эти состояния описывают только две неисправности: обрыв в цепи передачи сигнала или затекание преобразователя

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, поскольку при данном виде контроля обязательно необходимо прервать штатную работу, также при отсутствии возможности введения в аппаратуру приемного тракта генератора испытательного сигнала данный способ не реализуем.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ контроля многоканального гидроакустического приемного тракта, согласно которому в режиме штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые сравнивают с жесткими допусками, формируют массив каналов соответствующих жестким допускам, в данном массиве определяют среднее арифметическое значение, которые используют в качестве эталонного. Эталонное значение запоминают и используют при сравнении с абсолютными величинами во всех каналах. По результатам сравнения судят об исправности каналов (патент РФ №2061300).

В соответствии со способом прототипом непрерывный контроль многоканального приемного тракта состоит из двух этапов. На первом этапе производится грубый контроль, отбраковка каналов однозначно вышедших из строя, произошло затекание канала или обрыв соединения. Из остальных каналов организуется массив, над которым производят последующие процедуры.

Недостатком способа - прототипа является то, что данный способ контроля обеспечивает достаточно низкую достоверность контроля (порядка 0.61 расчет произведен в Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Разработка методики проектирования систем контроля многоканальных приемно-усилительных трактов. // Р.И. Родимова. Л., ЛЭТИ, 1984). Для достижения состоятельности в части определения исправности каналов при данном способе необходима выборка из числа каналов N>100, так как достоверность связана с среднеквадратической погрешностью определения дисперсии контролируемого параметра, а данная ошибка определяется как . Удовлетворительная оценка по достоверности может быть дана только при N>100 (Е.С. Вентцель «Теория вероятности»).

Данный контроль не эффективен для малоканальной системы ввиду вероятностного характера анализа, выборки системы с малым количеством каналов будет недостаточно для определения технического состояния совокупности.

Задачей предлагаемого способа является увеличения достоверности и информативности непрерывного контроля приемного тракта с малой канальностью.

Технический результат изобретения в повышении основного показателя качества контроля - достоверности.

Для достижения указанного технического результата в способ непрерывного контроля многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля, в котором в режиме штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые сравнивают с жесткими допусками и формируют массив каналов соответствующих жестким допускам, введены новые признаки, а именно: производят аналого-цифровое преобразование и спектральную обработку сигналов на выходе каналов, соответствующих норме, анализируют уровень изменения напряжения на выходе каждого из этих каналов после аналого-цифрового преобразования за время Δt, равное периоду контроля, и если после аналого-цифрового преобразования в каком-либо канале изменение напряжения за время Δt отсутствует, этот канал считают отказавшим, причем повторяют эту процедуру на протяжении всего времени работы приемного тракта гидроакустического комплекса

Ввиду того что воздействующий шумовой акустический сигнал (давление р) является случайной величиной, которая может равновероятно принимать значения в определенных пределах от р_mах до p_min, то акустическое давление р₀, воздействующее на вход канала приемного тракта в момент времени t₀, гарантированно не будет равно акустическому давлению р₁, воздействующему на вход этого же канала в момент времени t₁, где, t₁-t₀=Δt - период контроля. Вероятность Р того, что P{p₁(t)=p₀(t₀)} стремится к нулю, вследствие того что вариативность значения акустического давления стремиться к бесконечности в пределах от р_min до р_mах, за Δt оно с Р→1 изменится на случайную величину Δр. Изменение акустического давления Δр за время Δt, при исправности приемного тракта неизбежно приведет к изменению электрического напряжения после аналого-цифрового преобразования. Если этого не произойдет, наблюдаемый канал неисправен.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена обобщенная структурная схема многоканального приемного тракта гидроакустического комплекса корабля в процессе контроля.

Многоканальный приемный тракт (обобщенная структурная схема фиг. 1) содержит последовательно соединенные многоканальную гидроакустическую антенну 1, многоканальную аппаратуру 2 предварительной обработки (АПО), многоканальный аналого-цифровой преобразователь 3 (АЦП), выходы которого соединены со входами многоканального вычислителя 6. Вычислитель 6 содержит программный компаратор 4 сравнения (КС) уровня сигнала с жесткими допусками, а выход КС соединен с входом блока 5 программного разностного преобразователя (РП), который определяет относительное изменение уровня сигнала за время Δt. Реализация всех блоков известна и описана (Основы военно-технических исследований// А.В. Дерепа, А.Г. Лейко, Ю.А. Меленко 2016).

Предложенный способ реализуется следующим образом (см. фиг.1) на каждый вход гидроакустической антенны 1 (1…n) воздействует акустическое давление P₁(t)…P_n(t), после преобразования акустической энергии в электрическую, U₁(t)…U_n(t) поступает на вход АПО 2, после усиления и фильтрации в АПО U_1y(t)…U_ny(t) поступает на вход АЦП 3, после аналого-цифрового преобразования в АЦП U_1ya(t)…U_nya(t) поступает на входы вычислителя 6, в вычислителе 6 происходит сравнение с допусками в КС 4, сигналы соответствующие жестким допускам u₁(t)…u_к(t), где к - количество каналов прошедших сравнение с жесткими допусками (к<n если не все каналы прошли сравнение с жесткими допусками; к=n если все каналы прошли сравнение с жесткими допусками), поступают на блок РП 5, где вырабатывается решение об исправности канала на основании анализа изменения уровня сигнала в нем за период контроля. Сравнение с жесткими допусками и анализ относительного изменения уровня сигнала производится по каждому каналу в отдельности и не требует выработки адаптивного порога сравнения по большой выборке каналов, поэтому может использоваться для малоканальной системы, вплоть до системы с одним каналом.

Представленные данные позволяют считать, что заявленный технический результат достигнут.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и измерительной техники, и может быть использовано для определения технического состояния приемного тракта гидроакустического комплекса корабля. Сущность: в способе непрерывного контроля приемного тракта гидроакустического комплекса корабля осуществляют 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, в котором производят аналого-цифровое преобразование и спектральную обработку сигналов на выходе каналов, соответствующих норме, анализируют уровень изменения напряжения на выходе каждого из этих каналов до аналого-цифрового преобразования за время Δt, равное периоду контроля, и, если после аналого-цифрового преобразования в каком-либо канале изменение напряжения за время Δt отсутствует, этот канал считают отказавшим, причем повторяют эту процедуру на протяжении всего времени работы приемного тракта гидроакустического комплекса. Технический результат: увеличение достоверности и информативности непрерывного контроля. 1 ил.

Способ непрерывного контроля 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 жестким допускам, отличающийся тем, что производят аналого-цифровое преобразование и спектральную обработку сигналов на выходе каналов, соответствующих норме, анализируют уровень изменения напряжения на выходе каждого из этих каналов после аналого-цифрового преобразования за время Δt, равное периоду контроля, и, если после аналого-цифрового преобразования в каком-либо канале изменение напряжения за время Δt отсутствует, этот канал считают отказавшим, причем повторяют эту процедуру на протяжении всего времени работы приемного тракта гидроакустического комплекса.