СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АКТИВНОЙ ГИДРОЛОКАЦИИ Российский патент 2023 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к одной из важных областей теории и практики освещения гидроакустической обстановки в море, а именно, способам и средствам повышения дальности действия средств активной гидролокации.

Средства активной гидролокации в практике мореплавания и использования морской среды в обширном кругу других своих интересов в разных странах, имеющих выход к морю, появились сравнительно недавно, если не считать известные попытки измерения скорости звука в воде под колокольный звон. Вместе с этим, все это время мы являемся наблюдателями более настойчивых и технически оснащенных попыток разработки и производства все более эффективных средств решения уже давно стоящих и вновь возникающих проблем.

Возможные пути решения рассматриваемой проблемы могут быть проанализированы с помощью аналитического соотношения, связывающего значение достигаемой дальности действия с исходными данными согласно с так называемым уравнением гидролокации [1]:

где: J_Smin- минимальная интенсивность сигнала;

J_пом - интенсивность помехи;

δ - коэффициент распознавания.

Подставляя в выражение (1) связанные с входящими в него величинами значения физических параметров, а именно в правую часть значения, связанные с дальностью D и называемую потерями на распространение, а в левую, называемую потенциалом обнаружения, остальные, получим обобщенное уравнение гидролокации в виде[2]:

Где: α_q - коэффициент режима работы;

D - дальность действия;

р_со - приведенное значение уровня первичного поля;

Р_а - акустическая мощность канала излучения;

γ₁γ₂ - коэффициенты концентрации антенн при излучении и приеме;

ƒ, Δƒ - рабочая частота и ее полоса;

Т - время интегрирования (режим ШП) и излучения (ИД и ОП);

R_э - эквивалентный радиус цели при;

k_δ - пороговый коэффициент решающего звена;

p_n0 - приведенное давление помехи на входе канала; %

A_ƒ - фактор аномалии звука;

β - затухание звука в морской среде.

Как можно видеть, решение поставленной задачи повышения дальности действия гидролокатора без изменения энергетических параметров (P_a, γ₁, R_э, k_δ), т.е. потенциала обнаружения, представляемого левой частью уравнения, возможно только за счет уменьшения потерь на распространение сигнала в морской среде, что, в свою очередь, возможно при значительном снижении частоты излучаемого сигнала f (множитель ), хотя это снизит коэффициент концентрации при излучении γ=4πSf²/с², где S - площадь антенны, а С - скорость звука в воде.

Устранение этого недостатка, т.е. сохранение коэффициента концентрации при излучении высокочастотного зондирующего импульса и уменьшение потерь при его распространении предлагается посредством снижения частоты принимаемого эхо сигнала, выбором из его спектра составляющей с частотой, меньшей частоты зондирующего импульса.

Сущностью реализации этого предложения, так же как и основным отличительным признаком изобретения является использование нелинейных явлений [1], сопровождающих отражение излученного импульса при облучении объекта (зеркальный эффект), и проявляющихся в виде расширения спектра, значительная часть интенсивности которого может быть сосредоточена на конкретном значении его составляющей, например, при двухчастотном излучении на разностной частоте, что в результате существенно снизит потери на распространение отраженного сигнала, тем самым повысит его интенсивность и, следовательно, помехоустойчивость приемного канала гидролокатора, количественно выражаемую как отношение значений сигнал/помеха и, в конечном итоге, с этим, увеличит его дальность действия.

Осуществление предложенного признака иллюстрируется фиг. 1, на котором представлены графики зависимости спада интенсивности зондирующего сигнала - кривая 1 до точки а) при одночастотном излучении и до точки б) - при двухчастотном; изменение интенсивности в точке приема - кривая 2, пересечение которой с пороговым значением позволяет определить дальность обнаружения лоцируемого объекта. Кривые 3 и 4 представляют графики спада интенсивности эхо сигналов на обеих частотах с выигрышем в дальности обнаружения в виде D₁ D₂.

Предлагаемый способ включает в себя излучение и прием отраженных от объектов наблюдения сигналов, отличительным признаком которых является то, что для их излучения используют двухканальный генератор с незначительным (до 10%) отличием каналов по частоте и идентичными по остальным параметрам, в частности, схемами задающих генераторов, модуляторов, усилителей мощности и переключателей режимов, Приемный тракт, также как и тракт излучения, является двухканальным, на тех же частотах и может быть выполнен по типовой схеме «усилитель, фильтр на несущей частоте, детектор и интегратор» с тем лишь отличием, что для выделения разностной частоты из спектра суммы сигналов они после первых фильтров поступают на фильтрующий разностную частоту сумматор и уже после этого фильтра, на детектор и далее - на интегратор, как в случае типовой схемы или на индикатор, как в данном случае.

Данный способ предлагается реализовать с помощью устройства, (блок - схема представлена на фиг. 2, в состав которого включены два канала излучения (элементы 1, 3, 5 и 2, 4, 6) и два канала приема (элементы 8 и 9) с использованием двухчастотной приемоизлучающей антенны 13 с переключателем «прием - передача» 12, с (элементы последующей обработке и отображением сигналов (элементы 10 и 11).

В состав представленной на фиг. 2 блок-схемы устройства, реализующего изложенный способ, входят следующие элементы:

1, 2 - задающие генераторы на f₁ и f₂;

3, 4 - модуляторы f₁ и f₂;

5, 6 - усилители мощности f₁ и f₂;

7 - блок управления;

8,9 - приемные каналы на f₁ и f₂;

10 - фильтрующий сумматор;

11 - индикаторное устройство;

12 - переключатель прием-передача;

13 - приемоизлучающая антенна гидролокатора.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости приемного тракта гидролокатора, количественно представляемой как отношение сигнал/помеха, в результате уменьшения потерь на распространение эхосигнала в связи с переходом на меньшую, чем излучаемая, частоту.

Технический результат достигается за счет того, что тракты излучения и приема разделены на два канала каждый, и именно так, что излучение зондирующих сигналов на одном канале производят на частоте f₁, на другом канале - на частоте f₂ с разницей в ±10% от f₁, а прием сигналов, отраженных от лоцируемых объектов, проводят на обоих каналах на частотах излучения f₁ и f₂ с последующим их суммированием, выделением посредством фильтрации разностной частоты и отображением результата на индикаторе.

Изложенное выше позволяет утверждать, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна», поскольку по имеющихся данным из общедоступных источников информации неизвестно применение подобного гидролокатора. Соответствует оно и условию патентоспособности «изобретательский уровень», так как указанная совокупность существенных признаков устройства обеспечивает новый технический эффект.

ЛИТЕРАТУРА

1. Евтютов А.П., Колесников А.Е., Корепин Е.А. Справочник по гидроакустике, - Л.: «Судостроение», 1988 г.

2. Щеглов Г.А. Вероятностная оценка дальности действия ГАС. Спб. Труды ВУНЦ ВМФ, 2018.

3. Соловьев И.В., Корольков Г.Н., Бараненко А.А. Морская радиоэлектроника. СПБ: «Политехника», 2003.

Использование: изобретение относится к одной из важных областей теории и практики освещения гидроакустической обстановки в море, а именно способам и средствам поиска и обнаружения морских объектов. Сущность: в предлагаемом изобретении тракты излучения и приема разделены на два канала каждый, а именно излучение зондирующих и прием эхосигналов на одном канале производят на частоте f₁, на другом канале на близкой (разница ±10%) частоте f₂, при том что выходы обоих приемных каналов подают на фильтрующий сумматор, выделяющий составляющую спектра сигнал на разностной частоте f₃=f₁-f₂, что уменьшает потери на распространение эхосигнала с повышением помехоустойчивости приемного канала на разностной частоте при сохранении коэффициента концентрации зондирующего сигнала при его излучении. Технический результат: повышение помехоустойчивости приемного канала за счет увеличения отношения сигнал - помеха. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ активной гидролокации, включающий излучение и прием отраженных от объектов в морской среде сигналов, отличающийся тем, что тракты излучения и приема разделяют на два канала каждый, при этом излучение зондирующих сигналов и прием эхосигналов осуществляют одновременно на одном канале на частоте f₁, на другом канале на частоте f₂, которая отличается от первой на ±10%; прием эхосигналов проводят на обоих приемных каналах с усилением и фильтрацией на частотах излучения с последующим суммированием, выделением посредством фильтрации и отображением на индикаторе сигнала разностной частоты f₃=f₂-f₁.

2. Устройство активного гидролокатора, включающее тракты излучения, приема и приемоизлучающую антенну, отличающееся тем, что тракт излучения включает два канала, излучающих зондирующие импульсы на частотах f₁ и f₂, содержащие задающие генераторы, модуляторы и усилители мощности на этих частотах; тракт приема также включает два канала, которые принимают эхосигналы на частотах излучения и в состав которых включены фильтрующий сумматор сигналов с обоих каналов, выделяющий сигнал разностной частоты, подаваемый на индикатор; приемоизлучающая двухчастотная антенна состоит из равного количества активных элементов на частотах f₁ и f₂, равномерно распределенных по всему раскрыву антенны.