Idroacustica (dal greco idro- acqua, acusticoc- uditivo) - la scienza dei fenomeni che si verificano nell'ambiente acquatico e associati alla propagazione, emissione e ricezione delle onde acustiche. Comprende questioni di sviluppo e creazione di dispositivi idroacustici destinati all'uso nell'ambiente acquatico.
Storia dello sviluppo
Nozioni di base di idroacustica
Caratteristiche della propagazione delle onde acustiche nell'acqua
Componenti di un evento eco.
Durante la Seconda Guerra Mondiale iniziarono ricerche approfondite e fondamentali sulla propagazione delle onde acustiche nell'acqua, dettate dalla necessità di risolvere problemi pratici delle marine militari e, prima di tutto, dei sottomarini. Il lavoro sperimentale e teorico venne continuato negli anni del dopoguerra e riassunto in numerose monografie. In seguito a questi lavori sono state individuate e chiarite alcune caratteristiche della propagazione delle onde acustiche nell'acqua: assorbimento, attenuazione, riflessione e rifrazione.
L'assorbimento dell'energia delle onde acustiche nell'acqua di mare è causato da due processi: l'attrito interno del mezzo e la dissociazione dei sali in esso disciolti. Il primo processo converte l'energia di un'onda acustica in calore e il secondo, trasformandosi in energia chimica, rimuove le molecole dallo stato di equilibrio e si disintegrano in ioni. Questo tipo di assorbimento aumenta notevolmente con l'aumentare della frequenza della vibrazione acustica. La presenza di particelle sospese, microrganismi e anomalie di temperatura nell'acqua portano anche all'attenuazione dell'onda acustica nell'acqua. Di norma queste perdite sono piccole e sono comprese nell'assorbimento totale, ma a volte, come ad esempio nel caso della dispersione dalla scia di una nave, queste perdite possono arrivare fino al 90%. La presenza di anomalie di temperatura porta al fatto che onda acustica cade nelle zone d'ombra acustiche, dove può subire molteplici riflessioni.
La presenza di interfacce tra acqua - aria e acqua - fondo porta alla riflessione di un'onda acustica da esse, e se nel primo caso l'onda acustica viene riflessa completamente, nel secondo caso il coefficiente di riflessione dipende dal materiale del fondo: un fondale fangoso riflette male, quelli sabbiosi e rocciosi riflettono bene. . A basse profondità, a causa delle molteplici riflessioni dell'onda acustica tra il fondo e la superficie, appare un canale sonoro sottomarino, nel quale l'onda acustica può propagarsi su lunghe distanze. La modifica della velocità del suono a diverse profondità porta alla deflessione dei “raggi” sonori - rifrazione.
Rifrazione del suono (curvatura del percorso del raggio sonoro)
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Rifrazione del suono nell'acqua: a - in estate; b - in inverno; a sinistra c'è la variazione di velocità con la profondità. La velocità di propagazione del suono cambia con la profondità e i cambiamenti dipendono dal periodo dell'anno e del giorno, dalla profondità del serbatoio e da una serie di altri motivi. I raggi sonori che emergono da una sorgente ad una certa angolazione rispetto all'orizzonte sono piegati, e la direzione della curvatura dipende dalla distribuzione delle velocità del suono nel mezzo: in estate, quando gli strati superiori sono più caldi di quelli inferiori, i raggi si piegano verso il basso e si riflettono per lo più dal basso, perdendo una quota significativa della loro energia. ; in inverno, quando gli strati inferiori dell'acqua mantengono la loro temperatura, mentre quelli superiori si raffreddano, i raggi si piegano verso l'alto e vengono riflessi ripetutamente dalla superficie dell'acqua, mentre si perde molta meno energia. Pertanto in inverno il raggio di propagazione del suono è maggiore che in estate. La distribuzione verticale della velocità del suono (VSD) e il gradiente di velocità hanno un'influenza decisiva sulla propagazione del suono in ambiente marino. La distribuzione della velocità del suono nelle diverse aree dell'Oceano Mondiale è diversa e cambia nel tempo. Esistono diversi casi tipici di VRSD: |
Dispersione e assorbimento del suono per disomogeneità del mezzo.
Propagazione del suono nel suono subacqueo. canale: a - cambiamento della velocità del suono con la profondità; b - percorso del raggio nel canale audio. Per la propagazione dei suoni alta frequenza, quando le lunghezze d'onda sono molto piccole, vengono influenzate le piccole disomogeneità che di solito si trovano nei corpi idrici naturali: bolle di gas, microrganismi, ecc. Queste disomogeneità agiscono in due modi: assorbono e disperdono l'energia delle onde sonore. Di conseguenza, all'aumentare della frequenza delle vibrazioni sonore, la portata della loro propagazione diminuisce. Questo effetto è particolarmente evidente nello strato superficiale dell'acqua, dove sono presenti le maggiori disomogeneità. La dispersione del suono per disomogeneità, nonché per superfici irregolari dell'acqua e del fondale, provoca il fenomeno del riverbero subacqueo, che accompagna l'invio di un impulso sonoro: le onde sonore, riflettendosi da un insieme di disomogeneità e fondendosi, danno origine a un prolungamento dell'impulso sonoro, che continua dopo la sua fine. I limiti del raggio di propagazione dei suoni subacquei sono limitati anche dal rumore naturale del mare, che ha una duplice origine: parte del rumore deriva dagli impatti delle onde sulla superficie dell'acqua, dalla risacca marina, dal rumore rumore di ciottoli rotolanti, ecc.; l'altra parte è associata alla fauna marina (suoni prodotti dagli idrobionti: pesci e altri animali marini). La Bioidroacustica si occupa di questo aspetto molto serio. |
Campo di propagazione delle onde sonore
Il raggio di propagazione delle onde sonore è una funzione complessa della frequenza della radiazione, che è legata unicamente alla lunghezza d'onda del segnale acustico. Come è noto, i segnali acustici ad alta frequenza si attenuano rapidamente a causa del forte assorbimento da parte dell'ambiente acquatico. I segnali a bassa frequenza, al contrario, sono in grado di propagarsi su lunghe distanze nell'ambiente acquatico. Pertanto, un segnale acustico con una frequenza di 50 Hz può propagarsi nell'oceano per distanze di migliaia di chilometri, mentre un segnale con una frequenza di 100 kHz, tipico del sonar a scansione laterale, ha un raggio di propagazione di soli 1-2 km . Nella tabella sono riportati i campi operativi approssimativi dei moderni sonar con diverse frequenze del segnale acustico (lunghezze d'onda):
Aree di utilizzo.
L'idroacustica ha ricevuto un'ampia applicazione pratica, poiché non è stata ancora creata sistema efficace trasferimenti onde elettromagnetiche sott'acqua a qualsiasi distanza significativa, e il suono è quindi l'unico mezzo di comunicazione possibile sott'acqua. A tale scopo vengono utilizzate frequenze sonore da 300 a 10.000 Hz e ultrasuoni da 10.000 Hz e superiori. Emettitori e idrofoni elettrodinamici e piezoelettrici sono utilizzati come emettitori e ricevitori nel dominio audio e quelli piezoelettrici e magnetostrittivi nel dominio ultrasonico.
Le applicazioni più significative dell’idroacustica:
- Per risolvere problemi militari;
- Navigazione marittima;
- Comunicazione sana;
- Esplorazione della pesca;
- Ricerca oceanologica;
- Aree di attività per lo sviluppo delle risorse dei fondali oceanici;
- Utilizzo dell'acustica in piscina (a casa o in un centro di allenamento di nuoto sincronizzato)
- Addestramento di animali marini.
Appunti
Letteratura e fonti di informazione
LETTERATURA:
- V.V. Shuleikin Fisica del mare. - Mosca: “Scienza”, 1968. - 1090 p.
- I.A. rumeno Nozioni di base di idroacustica. - Mosca: “Costruzione navale”, 1979 - 105 p.
- Yu.A. Koryakin Sistemi idroacustici. - San Pietroburgo: “La scienza di San Pietroburgo e la potenza marittima della Russia”, 2002. - 416 p.
Idroacustica subacquea russa all'inizio del 21° secolo
L'idroacustica militare è una scienza d'élite, il cui sviluppo può permettersi solo uno stato forte
Il tedesco ALESSANDROV
Possedendo il più alto potenziale scientifico e tecnico (l'azienda impiega 13 medici e più di 60 candidati in scienze), la preoccupazione sta sviluppando le seguenti aree prioritarie dell'idroacustica domestica:
Complessi idroacustici attivi e passivi multifunzionali (GAS) e sistemi (GAS) per l'illuminazione dell'ambiente sottomarino nell'oceano, anche per sottomarini, navi di superficie, aerei, sistemi di rilevamento di nuotatori subacquei;
Sistemi con antenne trainate estese flessibili per il funzionamento in un'ampia gamma di frequenze per navi di superficie e sottomarini, nonché per quelli fissi;
Sistemi idroacustici stazionari attivi, passivi e attivo-passivi per la protezione della zona della piattaforma dalla penetrazione non autorizzata di navi di superficie e sottomarini;
Sistemi di navigazione idroacustica e di ricerca e rilevamento";
Trasduttori idroacustici, antenne, schiere di antenne fasate di forma complessa, aventi fino a diverse migliaia di canali di ricezione;
Schermi acustici e carenature fonotrasparenti;
Sistemi di trasmissione di informazioni tramite canale idroacustico;
sistemi adattativi per l'elaborazione di informazioni idroacustiche in ambienti idrologici, acustici e di interferenza del segnale complessi;
Classificatori di obiettivi in base alle loro firme e alla struttura fine del campo sonoro;
Misuratori di velocità del suono per navi di superficie e sottomarini.
La preoccupazione oggi è composta da dieci imprese con sede a San Pietroburgo e Regione di Leningrado, Taganrog, Volgograd, Severodvinsk, Repubblica di Carelia, compresi istituti di ricerca, fabbriche per la produzione in serie di apparecchiature idroacustiche, imprese specializzate per la manutenzione delle apparecchiature nei siti, campi di prova. Si tratta di cinquemila specialisti altamente qualificati: ingegneri, operai, scienziati, di cui oltre il 25% sono giovani.
Il team dell'azienda ha sviluppato quasi tutti i GAK pl prodotti in serie (Rubin, Ocean, Rubicon, Skat, Skat-BDRM, Skat-3), una serie di complessi idroacustici e sistemi per navi di superficie (Platina ", "Polynomial", stazione per rilevamento di nuotatori subacquei "Pallada"), sistemi stazionari "Liman", "Volkhov", "Agam", "Dniester".
I sistemi idroacustici per sottomarini creati dall'impresa sono mezzi tecnici unici, la cui creazione richiede la massima conoscenza e una vasta esperienza nel campo dell'idroacustica. Come ha detto uno spirito, il compito di rilevare un sottomarino con un radiogoniometro è simile in complessità al compito di rilevare la fiamma di una candela a una distanza di diversi chilometri in una luminosa giornata di sole, eppure per un sottomarino situato sott'acqua, il GAK è praticamente l'unica fonte di ottenere informazioni sull’ambiente. Principali compiti da risolvere complesso idroacustico sottomarino: rilevamento di sottomarini, navi di superficie, siluri in modalità radiogoniometrica, tracciamento automatico dei bersagli, determinazione delle loro coordinate, classificazione dei bersagli, rilevamento e radiogoniometria dei bersagli in modalità sonar, intercettazione di segnali idroacustici in un'ampia gamma di frequenze, fornitura di comunicazioni sonore subacquee su lunghe distanze, fornitura di panoramica delle condizioni vicine e sicurezza della navigazione, illuminazione delle condizioni del ghiaccio durante la navigazione sotto il ghiaccio, fornitura di protezione contro mine e siluri per la nave, risoluzione di problemi di navigazione - misurazione della velocità, profondità, ecc. Oltre a questi compiti, il complesso deve disporre di un potente sistema di controllo automatizzato, un sistema per monitorare il proprio rumore e deve eseguire continuamente complessi calcoli idrologici per garantire il funzionamento di tutti i sistemi e prevedere la situazione nell'area sottomarina di operazione. Il complesso dispone di simulatori per tutti i sistemi del complesso idroacustico, fornendo formazione e addestramento al personale.
La base di qualsiasi complesso idroacustico sono le antenne, array discreti in fase di forma complessa, costituiti da trasduttori piezoceramici, che devono garantire la ricezione di segnali dall'ambiente acquatico su una barca che subisce enormi carichi dovuti alla pressione idrostatica. Il compito del SAC è quello di rilevare questi segnali sullo sfondo del proprio rumore, del rumore del flusso quando la barca è in movimento, del rumore del mare, di bersagli interferenti e di una serie di altri fattori che mascherano il segnale utile.
Un moderno SAC è un complesso complesso digitale che elabora enormi flussi di informazioni in tempo reale (ogni antenna del complesso è composta da migliaia, o addirittura decine di migliaia singoli elementi, ognuno dei quali deve essere elaborato in modo sincrono con tutti gli altri). Il suo funzionamento è possibile solo con l'uso dei più recenti sistemi multiprocessore, che prevedono il compito di osservazione simultanea, nello spazio, e multibanda, in frequenza, dei campi acustici circostanti.
L'elemento più importante e più importante del complesso sono i dispositivi per la visualizzazione delle informazioni ricevute. Quando si creano questi dispositivi, vengono risolti non solo problemi scientifici e tecnici, ma anche ergonomici e psicologici: non è sufficiente ricevere un segnale dall'ambiente esterno, è necessario che gli operatori del complesso (e questo è un numero minimo di persone) in ogni momento hanno una comprensione completa della situazione circostante, controllando e effettivamente la sicurezza della nave e il movimento di più bersagli, di superficie, sott'acqua e aerei, che rappresentano una potenziale minaccia o interesse per il sottomarino. E gli sviluppatori sono costantemente in bilico sull'orlo di un problema: da un lato, da visualizzare importo massimo le informazioni elaborate dal complesso e necessarie all'operatore, invece, non violano la “regola di Miller”, che limita la quantità di informazioni che possono essere assimilate simultaneamente da una persona.
Una caratteristica importante dei sistemi idroacustici, in particolare delle antenne, sono i requisiti di resistenza, durata e capacità di funzionare senza riparazioni o sostituzioni per un periodo molto lungo: in condizioni di servizio di combattimento, di solito è impossibile riparare un'antenna idroacustica.
Un moderno SAC non può essere considerato un sistema chiuso e autosufficiente, ma solo come un elemento di un sistema integrato di sorveglianza sottomarina, che riceve e utilizza informazioni a priori continuamente aggiornate sugli obiettivi da sistemi di rilevamento non acustico, ricognizione, ecc., e fornire informazioni sulla mutevole situazione subacquea al sistema , che analizza le situazioni tattiche e fornisce raccomandazioni sull'uso delle varie modalità del sistema di attacco in una determinata situazione.
Lo sviluppo di sistemi idroacustici per un sottomarino è una competizione continua con gli sviluppatori di un potenziale nemico, da un lato, poiché il compito più importante del SAC è garantire almeno la parità in una situazione di duello (il nemico ti sente e ti riconosce , e siete alla stessa distanza), ed è necessario con tutte le nostre forze e mezzi aumentare la portata del SAC, principalmente nella modalità radiogoniometrica passiva, che consente di rilevare bersagli senza smascherare la propria posizione, e con i costruttori navali, progettisti di sottomarini, invece, poiché il rumore dei sottomarini diminuisce con ogni nuova generazione, con ogni nuovo progetto, anche con ogni nuova nave costruita, ed è necessario rilevare un segnale di livello inferiore di ordini di grandezza del rumore circostante del mare. Ed è ovvio che la creazione di un moderno complesso idroacustico per i sottomarini del 21° secolo è un lavoro congiunto degli sviluppatori del complesso e degli sviluppatori della barca, che insieme progettano e posizionano gli elementi del sistema sonar sulla nave in modo tale che il suo funzionamento in queste condizioni è più efficace.
L'esperienza progettuale del GAK pl disponibile presso il nostro istituto ci consente di individuare le principali aree problematiche da cui possiamo aspettarci un significativo aumento di efficienza nel prossimo futuro.
1. HAK con antenna conforme e con copertura conforme
La riduzione del rumore sottomarino, associata agli sforzi dei progettisti per ottimizzare le soluzioni tecniche per la progettazione dello scafo e dei meccanismi, ha portato ad una notevole diminuzione della portata del sonar sui moderni sottomarini. L'aumento dell'apertura delle antenne tradizionali (sferiche o cilindriche) è limitato dalla geometria dell'estremità ad arco del corpo. La soluzione ovvia in questa situazione è stata la creazione di un'antenna conforme (combinata con i contorni del quadrato), la cui area totale, e quindi il potenziale energetico, supera significativamente indicatori simili per le antenne tradizionali. La prima esperienza nella creazione di tali antenne si è rivelata un discreto successo.
Una direzione ancora più promettente sembra essere la realizzazione di antenne di copertura conformata posizionate lungo il lato della piazza. La lunghezza di tali antenne può essere di decine di metri e l'area può superare i cento metri quadrati. La creazione di tali sistemi è associata alla necessità di risolvere una serie di problemi tecnici.
L'antenna a copertura conforme si trova nella zona di influenza predominante delle onde disomogenee causate da interferenze strutturali, nonché interferenze di origine idrodinamica, comprese quelle derivanti dall'eccitazione dell'alloggiamento da parte del flusso in arrivo. Gli schermi acustici, tradizionalmente utilizzati per ridurre l'influenza delle interferenze sull'antenna, non sono sufficientemente efficaci nel campo operativo a bassa frequenza antenne di bordo. I possibili modi per garantire un funzionamento efficiente delle antenne di bordo, a giudicare dall'esperienza straniera, sono, in primo luogo, il posizionamento strutturale delle macchine e dei meccanismi più rumorosi dei sottomarini in modo tale che la loro influenza sui sistemi di bordo sia minima e, in secondo luogo, l'uso di metodi algoritmici per ridurre l'influenza dell'interferenza strutturale sul percorso GAK (metodi adattativi per compensare l'interferenza strutturale, compreso l'uso di sensori di vibrazione situati in prossimità dell'antenna). Molto promettente sembra l’uso dei cosiddetti metodi “a fase vettoriale” di elaborazione delle informazioni, che consentono di aumentare l’efficienza del complesso attraverso l’elaborazione congiunta dei campi di pressione e velocità vibrazionale. Un altro modo per ridurre l'influenza dell'interferenza idrodinamica, che influisce sull'efficienza delle antenne a copertura conforme, è l'uso di convertitori a pellicola (piastre PVDF), che, a causa della media su un'area di 1,0x0,5 m, possono significativamente (a giudicare dai dati in letteratura - fino a 20 dB) riducono l'influenza dell'interferenza idrodinamica sul tratto HAK.
2. Algoritmi adattivi per l'elaborazione delle informazioni idroacustiche, coerenti con l'ambiente di propagazione
Per “adattamento” si intende tradizionalmente la capacità di un sistema di modificare i propri parametri in base al mutare delle condizioni ambientali al fine di mantenere la propria efficienza. In relazione agli algoritmi di elaborazione, il termine “adattamento” significa coordinazione (nello spazio e nel tempo) del percorso di elaborazione con le caratteristiche dei segnali e del rumore. Gli algoritmi adattivi sono ampiamente utilizzati nei sistemi moderni e la loro efficacia è determinata principalmente dalle risorse hardware del complesso. Più moderni sono gli algoritmi che tengono conto della variabilità spaziotemporale del canale di propagazione del segnale. L'uso di tali algoritmi consente di risolvere contemporaneamente i problemi di rilevamento, designazione e classificazione del bersaglio, utilizzando informazioni a priori sul canale di propagazione del segnale. La fonte di tali informazioni può essere modelli oceanici dinamici adattivi che prevedono con sufficiente affidabilità la distribuzione di temperatura, densità, salinità e alcuni altri parametri ambientali nell'area di operazione del pl. Tali modelli esistono e sono ampiamente utilizzati all’estero. L'uso di stime abbastanza affidabili dei parametri del canale di propagazione consente, a giudicare dalle stime teoriche, di aumentare significativamente la precisione nella determinazione delle coordinate del bersaglio.
3. Sistemi acustici, posizionati su veicoli sottomarini senza pilota controllati, risoluzione dei problemi rilevamento polistatico in modalità attiva, nonché il compito di cercare oggetti sul fondo interrato
Il sottomarino stesso è una struttura enorme, lunga più di cento metri, e non tutti i compiti che devono essere risolti per garantire la propria sicurezza possono essere risolti posizionando sistemi idroacustici sulla nave stessa. Uno di questi compiti è il rilevamento di oggetti sul fondo e interrati che rappresentano un pericolo per la nave. Per esaminare un oggetto è necessario avvicinarsi il più possibile ad esso senza costituire un pericolo per la propria incolumità. Uno dei modi possibili per risolvere questo problema è creare un veicolo subacqueo senza pilota controllato situato su un sottomarino, in grado di avvicinarsi autonomamente o tramite comunicazione cablata o subacquea a un oggetto di interesse e classificarlo e, se necessario, distruggerlo. . In realtà, il compito è simile alla creazione di un vero e proprio complesso idroacustico, ma in miniatura, con un dispositivo di propulsione a batteria, posizionato su un piccolo dispositivo semovente in grado di sganciarsi da un sottomarino mentre è immerso, e poi attraccare nuovamente, mentre garantendo costante comunicazione bidirezionale. Negli Stati Uniti tali dispositivi sono stati creati e fanno parte dell'armamento dei sottomarini di ultima generazione (tipo Virginia).
4. Sviluppo e realizzazione di nuovi materiali per trasduttori idroacustici, caratterizzati da minor peso e costo
I trasduttori piezoceramici che compongono le antenne sottomarine sono strutture estremamente complesse; la piezoceramica stessa è un materiale molto fragile e richiede uno sforzo considerevole per renderlo resistente mantenendo l'efficienza. E da tempo è in corso la ricerca di un materiale che abbia le stesse proprietà di convertire l'energia vibrazionale in elettricità, ma che sia un polimero, durevole, leggero e tecnologicamente avanzato.
Gli sforzi tecnologici all'estero hanno portato alla creazione di film polimerici PVDF che hanno un effetto piezoelettrico e sono convenienti per l'uso nella costruzione di antenne di copertura (posizionate a bordo di una barca). Il problema qui risiede principalmente nella tecnologia per creare film spessi che garantiscano un'efficienza sufficiente dell'antenna. Ancora più promettente sembra essere l'idea di creare un materiale che abbia le proprietà della piezoceramica, da un lato, e le proprietà di uno schermo protettivo che attutisca (o disperda) i segnali sonar nemici e riduca il rumore della nave . Tale materiale (gomma piezoelettrica), applicato allo scafo di un sottomarino, trasforma di fatto l'intero scafo della nave in un'antenna idroacustica, garantendo un significativo aumento dell'efficienza dei mezzi idroacustici. L'analisi delle pubblicazioni straniere mostra che negli Stati Uniti tali sviluppi sono già entrati nella fase di prototipo, mentre nel nostro Paese non si sono registrati progressi in questa direzione negli ultimi decenni.
5. Classificazione degli obiettivi
Il compito di classificazione in idroacustica è un problema complesso associato alla necessità di determinare la classe di un bersaglio dalle informazioni ottenute nella modalità di ricerca della direzione del rumore (in misura minore, dai dati della modalità attiva). A prima vista, il problema può essere facilmente risolto: basta registrare lo spettro di un oggetto rumoroso, confrontarlo con un database e ottenere una risposta: che tipo di oggetto è, fino al nome del comandante. Infatti lo spettro del bersaglio dipende dalla velocità del bersaglio, dall'angolo del bersaglio, lo spettro osservato dal sistema sonar contiene distorsioni causate dal passaggio del segnale attraverso un canale di propagazione casualmente disomogeneo (ambiente acquatico), e dipende quindi dalla distanza, dalle condizioni atmosferiche, dalla zona operativa e da molti altri motivi, rendendo il problema del riconoscimento dello spettro praticamente irrisolvibile. Pertanto, nella classificazione nazionale, vengono utilizzati altri approcci relativi all'analisi delle caratteristiche peculiari di una specifica classe di obiettivi. Un altro problema che richiede una seria ricerca scientifica, ma è urgentemente necessario, è la classificazione degli oggetti di fondo e interrati associati al riconoscimento delle mine. È noto e confermato sperimentalmente che i delfini riconoscono con sicurezza oggetti di metallo, plastica e legno pieni di aria e acqua. Il compito dei ricercatori è sviluppare metodi e algoritmi che implementino lo stesso ordine di azioni che un delfino esegue quando risolve un problema simile.
6. Il compito dell'autodifesa
L'autodifesa è un compito complesso volto a garantire la sicurezza di una nave (compresa la protezione antisiluro), compreso il rilevamento, la classificazione, la designazione del bersaglio, l'emissione di dati iniziali per l'uso di armi e (o) mezzi tecnici contrazione. La particolarità di questo compito è l'uso integrato dei dati provenienti da vari sottosistemi del SAC, l'identificazione dei dati provenienti da varie fonti e la garanzia dell'interazione delle informazioni con altri sistemi navali che assicurano l'uso delle armi.
Quanto sopra è solo una piccola parte di quelle promettenti aree di ricerca che devono essere perseguite per aumentare l'efficacia delle armi idroacustiche create. Ma il percorso da un'idea a un prodotto è lungo e richiede tecnologie avanzate, una moderna base di ricerca e sperimentazione e un'infrastruttura di produzione sviluppata materiali necessari per trasduttori idroacustici e antenne, ecc. Si dovrebbe notare che l'anno scorso sono caratterizzati per la nostra impresa da un serio riattrezzamento tecnico della base di produzione e di prova, reso possibile grazie al finanziamento nell'ambito di una serie di programmi mirati federali, sia civili che speciali, condotti dal Ministero dell'Industria e del Commercio Federazione Russa. Grazie a questo sostegno finanziario, negli ultimi cinque anni è stato possibile rinnovare completamente e modernizzare in modo significativo la più grande piscina sperimentale idroacustica d'Europa, situata sul territorio di OJSC Concern Oceanpribor, e aggiornare radicalmente capacità produttiva fabbriche seriali che fanno parte dell'azienda, grazie alle quali lo stabilimento di Taganrog Priboy è diventato l'impresa di produzione di strumenti più avanzata nel sud della Russia. Stiamo creando nuovi impianti di produzione: piezomateriali, circuiti stampati, in futuro - la costruzione di nuove aree produttive e scientifiche, significa installazione e consegna delle attrezzature. In 2-3 anni, le capacità produttive e scientifiche dell'impresa, supportate da una “banca dati” di nuove idee e sviluppi, consentiranno di iniziare la creazione di armi idroacustiche di quinta generazione, così necessarie per la Marina.
L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e può essere utilizzata come arma idroacustica per sottomarini per vari scopi, nonché durante l'esecuzione di lavori e ricerche geologiche e idroacustiche subacquee.
La base sono i sistemi idroacustici (HAS). supporto informativo sottomarini. Un tipico sistema sonar comprende i seguenti percorsi (stazioni idroacustiche) e sistemi:
Rilevamento della direzione del rumore (DF), che risolve principalmente il problema del rilevamento di sottomarini e navi di superficie;
Idrolocalizzazione (GL), operante in modalità attiva per rilevare bersagli sottomarini a lunga distanza;
Rilevamento di segnali idroacustici (OSS), progettati per rilevare sonar che operano in varie gamme;
Comunicazione e identificazione sonore;
Rilevamento di mine (MI), che svolge contemporaneamente le funzioni di rilevamento di ostacoli vicino a un sottomarino;
Centrale sistema informatico(CVS);
Sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e gestione (SORDU).
Ogni percorso include antenne acustiche. I dispositivi di generazione sono collegati alle antenne trasmittenti e i dispositivi di preelaborazione sono collegati alle antenne riceventi.
Il noto sistema di navigazione sottomarina GSU 90, sviluppato da STN Atlas Electronic (Germania), contiene i percorsi ShP, GL, OGS, comunicazioni e MI, nonché il sistema di riscaldamento centrale, SORDU e un bus comune.
Caratteristiche comuni al GAK rivendicato sono tutti i componenti elencati di questo analogo.
Le ragioni che impediscono a questo analogo di raggiungere il risultato tecnico raggiunto nell'invenzione sono il livello relativamente elevato di interferenza idrodinamica e rumore della barca e la mancanza della possibilità di funzionamento indipendente e simultaneo dei percorsi di comunicazione e identificazione GL e audio, nonché come la gamma di frequenze relativamente ristretta dei segnali di comunicazione.
Il GAK è esente da queste carenze, protetto dal certificato della Federazione Russa n. 20388 per un modello di utilità, IPC G01S 3/80, 15/00, 2001. Questo analogo contiene tutti i componenti del primo analogo, tuttavia, una banda larga omnidirezionale radiante antenna e un dispositivo generatore, e nel percorso OGS - antenne ad alta frequenza e a banda larga e un dispositivo di preelaborazione, mentre tutte le antenne acustiche si trovano nella carenatura del naso o nella recinzione della timoneria.
Tutti i componenti di questo analogo, nonché i componenti del primo analogo, sono inclusi anche nella composizione del GAK rivendicato.
Le ragioni che impediscono a questo analogo di raggiungere il risultato tecnico raggiunto nell'invenzione sono le seguenti:
Visibilità limitata dell'antenna principale del percorso ShP, a causa dell'oscuramento degli angoli di poppa da parte dello scafo;
Le dimensioni limitate dell'antenna nasale principale non consentono di localizzare sorgenti di segnale la cui gamma di frequenza sia inferiore a 0,8-1,0 kHz;
L'unica antenna radiante del tratto GL ha un settore di irradiazione limitato e relativamente stretto dello spazio nel compartimento nasale;
L'antenna emittente di prua del percorso di comunicazione e identificazione è ombreggiata dallo scafo, il che elimina la comunicazione con i corrispondenti nel settore degli angoli di poppa;
Il design del cono impedisce la ricezione di segnali dal percorso OGS a un'antenna con caratteristica di direttività multi-foglia (ML);
L'antenna concentrata ad alta frequenza del percorso OGS è ombreggiata dalla struttura della recinzione della timoneria.
Il più vicino nell'essenza tecnica a quello rivendicato (prototipo) è il sistema di elica del sottomarino, protetto dal brevetto RF n. 24736 per un modello di utilità, classe. G01S 15/00, 2002. Contiene i percorsi ShP principali e aggiuntivi, il percorso OGS, il percorso GL, il percorso di comunicazione e identificazione, il percorso di rilevamento mine e rilevamento ostacoli alla navigazione (MI), il DCV, il SORDU e il percorso comune autobus.
Il percorso SB principale contiene l'antenna ricevente principale del naso, configurata per formare un ventaglio statico di caratteristiche direzionali nei piani orizzontale e verticale, e il primo dispositivo di pre-elaborazione situato in una capsula all'interno dell'antenna.
Il percorso ShP aggiuntivo contiene un'antenna trainata estesa flessibile (GPTA), un cavo, un dispositivo di raccolta della corrente e un dispositivo di pre-elaborazione.
Il percorso OGS contiene tre antenne di ricezione e un dispositivo di pre-elaborazione. La prima antenna è posizionata a prua della recinzione della timoneria ed è dotata di antenna multiraggio. La seconda antenna è posizionata nella parte poppiera della recinzione della timoneria ed è omnidirezionale ed ad alta frequenza. La terza antenna è a banda larga e le sue unità sono situate nella carenatura di prua, nella parte poppiera della recinzione della timoneria e lungo i lati del sottomarino.
Il percorso del sonar contiene un'antenna che emette a prua della torre di comando situata nella parte anteriore dell'involucro della torre di comando, due antenne radianti a bordo situate su entrambi i lati del sottomarino e un dispositivo generatore.
Il percorso di comunicazione e identificazione contiene un'antenna emittente di prua situata nella carenatura anteriore, un'antenna emittente di poppa situata nella cabina della timoneria e un dispositivo generatore.
Il percorso MI contiene un'antenna di trasmissione-ricezione, configurata per ruotare l'XN su un piano verticale e situata nella carenatura del muso, un dispositivo generatore, un interruttore di "ricezione-trasmissione" e un dispositivo di pre-elaborazione.
L'attrezzatura SORDU è composta da console a doppio display con dispositivi periferici collegati. È collegato direttamente all'impianto di riscaldamento centralizzato con ingressi e uscite.
Attraverso un bus comune, i dispositivi generatori e i dispositivi di preelaborazione di tutti i percorsi sono collegati al sistema di riscaldamento centrale e SORDA.
Caratteristiche comuni a quelle del GAK proposto sono tutti i componenti elencati del complesso prototipo e le connessioni tra loro.
Il motivo che impedisce al complesso prototipo di raggiungere il risultato tecnico raggiunto nell’invenzione è la segretezza relativamente bassa del funzionamento del complesso.
Un altro motivo che impedisce di ottenere il risultato specificato è l'insufficiente portata di rilevamento dei bersagli subacquei in modalità GL.
Entrambi questi motivi sono dovuti al fatto che le antenne del percorso GL emettono contemporaneamente un segnale in quasi tutte le direzioni, sebbene il segnale stesso sia pulsato. Il fatto è che tutte e tre le antenne del percorso GL hanno CN sufficientemente larghi da coprire l'intero settore operativo, ad eccezione degli angoli di poppa. Ciò consente di rilevare le radiazioni da quasi tutte le direzioni, il che aumenta significativamente la probabilità di rilevare un sottomarino. D'altra parte, un'ampia larghezza del fascio dell'antenna XN porta ad una diminuzione del suo guadagno, e quindi della potenza del segnale emesso, e quindi della distanza dal bersaglio in cui questa potenza sarà sufficiente per il suo rilevamento affidabile.
Il problema tecnico a cui mira l'invenzione è quello di aumentare la segretezza del SAC e il raggio di rilevamento del bersaglio nella modalità GL.
Il risultato tecnico è ottenuto dal fatto che nel noto GAK tutte le antenne emittenti del percorso GL sono rese controllate elettronicamente sia nel numero di raggi XN che nella loro ampiezza e direzione, mentre gli ingressi di controllo di queste antenne sono collegati attraverso un comune bus al CVS e alla SORDA, il numero di raggi XN di ciascuna delle antenne è maggiore di uno rispetto al numero di bersagli tracciati da questa antenna e la loro larghezza è la minima possibile, ma sufficiente per la cattura e il tracciamento sicuri del bersaglio, mentre uno dei raggi XN ha una larghezza sufficiente per catturare il bersaglio per il tracciamento e scansiona lungo un angolo in un dato settore di responsabilità dell'antenna, e i restanti raggi dell'antenna XN accompagnano i bersagli rilevati da questa antenna.
Per ottenere un risultato tecnico nel GAK, contenente il canale Silk principale, il percorso ShP aggiuntivo, il percorso OGS, il percorso GL, il percorso di comunicazione e identificazione, il percorso MI, il DCV, il SORDU e il bus comune, mentre il L'apparecchiatura SORDU è costituita da console a doppio display con dispositivi periferici collegati e collegati al sistema di riscaldamento centrale, il percorso SB principale contiene l'antenna ricevente nasale principale, configurata per formare un ventaglio statico di CN nei piani orizzontale e verticale, e il primo dispositivo di pre-elaborazione, situato in una capsula all'interno dell'antenna e collegato tramite il suo ingresso direttamente all'uscita dell'antenna, e l'uscita - attraverso un bus comune con CVS e SORDU, il percorso OGS contiene una prima antenna situata nella parte anteriore parte della cabina della timoneria e dotata di un CN a più ante, una seconda antenna situata nella parte poppiera della cabina ed essendo ad alta frequenza e omnidirezionale, una terza antenna, i cui blocchi sono situati nella carenatura anteriore, nel parte poppiera della cabina della timoneria e lungo i lati del sottomarino, che è a banda larga, e un secondo dispositivo di preelaborazione, i cui ingressi di segnale sono collegati direttamente alle uscite delle corrispondenti antenne del percorso OGS, e l'ingresso di controllo e l'uscita avviene attraverso un autobus comune con il sistema di riscaldamento centralizzato e SORDU, il percorso GL contiene la prua della timoneria, un'antenna radiante situata nella parte di prua della copertura della timoneria, due antenne radianti di bordo situate su entrambi i lati del sottomarino, e una prima dispositivo generatore, le cui uscite sono collegate agli ingressi del segnale delle corrispondenti antenne radianti del percorso GL, e l'ingresso di controllo avviene attraverso un bus comune con il sistema di riscaldamento centralizzato e SORDU, il percorso di comunicazione e identificazione contiene un'antenna che emette arco situato nella carenatura del muso, un'antenna emittente di poppa situata nella recinzione della timoneria, e un secondo dispositivo generatore, le cui uscite sono collegate agli ingressi del segnale delle antenne emittenti del percorso di comunicazione e identificazione, e l'ingresso di controllo avviene attraverso un bus comune con TsVS e SORDU, il percorso MI contiene un'antenna ricetrasmittente, configurata per ruotare l'XN su un piano verticale e situata nella carenatura del muso, un terzo dispositivo generatore, la cui uscita è collegata all'ingresso-uscita dell'antenna del percorso MI attraverso un interruttore di "ricezione-trasmissione", e un controllo, l'ingresso avviene attraverso un bus comune con CVS e SORDU, e il terzo dispositivo di pre-elaborazione, il cui ingresso è collegato direttamente all'uscita del ricetrasmettitore antenna, e l'uscita avviene attraverso un bus comune con CVS e SORDU, il percorso shp aggiuntivo contiene un GPBA, attraverso un cavo e un dispositivo collettore di corrente collegato all'ingresso del quarto dispositivo di preelaborazione, collegato dalla sua uscita attraverso un bus comune al CVS e al SORDU, tutte le antenne radianti del percorso sonar vengono rese controllate elettronicamente sia nel numero di raggi XN che nella loro larghezza e direzione, mentre gli ingressi di controllo di queste antenne sono attraverso un comune Il bus è collegato al CVS e al SORDU, il numero di raggi XN di ciascuna antenna è maggiore di uno rispetto al numero di bersagli tracciati da questa antenna, e la loro larghezza è la minima possibile, ma sufficiente per la cattura e l'inseguimento sicuri del bersaglio, mentre uno dei I raggi XN hanno una larghezza sufficiente per catturare il bersaglio per il tracciamento e scansionano lungo un angolo in un dato settore di responsabilità dell'antenna, mentre i restanti raggi XN accompagnano i bersagli rilevati da questa antenna.
Gli studi del GAK proposto nella letteratura brevettuale e scientifica e tecnica hanno dimostrato che l'insieme delle caratteristiche recentemente introdotte delle antenne del percorso GL e delle nuove connessioni, insieme ai restanti elementi e connessioni del complesso, non possono essere classificati in modo indipendente. Allo stesso tempo, ciò non deriva esplicitamente dallo stato della tecnica. Pertanto, la proposta SAC dovrebbe essere considerata conforme al criterio di “novità” e dotata di attività inventiva.
L'essenza dell'invenzione è illustrata da un disegno, in cui la figura 1 mostra uno schema a blocchi dell'acceleratore di gas proposto.
Il complesso comprende i percorsi ShP principale e aggiuntivo, il percorso GL, il percorso OGS, il percorso di comunicazione e identificazione, il percorso MI, DCV e SORDU e il bus comune.
Il percorso principale dell'SB contiene l'antenna ricevente nasale principale 1 e un dispositivo di pre-elaborazione 2, collegato in serie all'antenna 1. Il dispositivo 2 è posizionato in una capsula sigillata all'interno dell'antenna 1 (la connessione dell'antenna 1 al dispositivo 2 è mostrata in Fig. .1 da una freccia tratteggiata). L'antenna 1 e il dispositivo 2 sono multicanale e sono costituiti da n×m canali, dove n è il numero di CN (canali spaziali) sul piano orizzontale e m è il numero di CN (canali spaziali) sul piano verticale. Attraverso il bus comune 3 del complesso, il dispositivo 2 del percorso principale di Silk Channel è collegato al DCV 4 e al SORDU 5.
Il percorso SB aggiuntivo (a bassa frequenza) contiene un GPBA 6, collegato tramite un cavo 7 e un dispositivo di raccolta di corrente (non mostrato in Fig. 1) a un dispositivo di pre-elaborazione 8. Attraverso il bus comune 3 del complesso, il dispositivo 8 del percorso ShP aggiuntivo è collegato al CVS 4 e SORDA 5.
Il percorso GL contiene l'antenna emittente a prua della timoneria 9, due antenne emittenti a bordo 10 e 11 e un dispositivo generatore 12. L'antenna 9 è posizionata nel recinto 13 della timoneria e le antenne 10 e 11 sono posizionate su entrambi i lati del sottomarino. Le antenne 9, 10 e 11 sono controllate elettronicamente. I loro ingressi di segnale sono collegati direttamente alle corrispondenti uscite del dispositivo 12, e gli ingressi di controllo sono collegati tramite il bus comune 3 del complesso con DCV 4, così come l'ingresso di controllo del dispositivo 12.
Il percorso OGS contiene antenne 14, 15, 16 e un dispositivo di preelaborazione 17. L'antenna 14 ha un XN multiraggio ed è posizionata nella parte anteriore della cabina della timoneria. L'antenna 15 è situata nella parte poppiera della recinzione della timoneria ed è omnidirezionale e ad alta frequenza. L'antenna 16 è a banda larga e i suoi blocchi 16.1, 16.2, 16.3 e 16.4 si trovano nella carenatura 18, lungo i lati e nella parte poppiera della recinzione della timoneria 13. Le uscite delle antenne 14, 15 e 16 sono collegate direttamente ai corrispondenti ingressi del dispositivo 17, collegato in uscita tramite il bus comune 3 del complesso con TsVS 4 e SORDU 5.
Il percorso di comunicazione e identificazione contiene un'antenna emittente di prua 19, un'antenna emittente di poppa 20 e un dispositivo generatore 21. L'ingresso di controllo del generatore 21 è collegato alla stazione digitale digitale 4 attraverso il bus comune 3 del complesso, e il primo e le seconde uscite sono direttamente collegate agli ingressi delle antenne 19 e 20, rispettivamente.
Il percorso MI contiene un'antenna di trasmissione-ricezione 22, un dispositivo generatore 23, un interruttore di trasmissione-ricezione (non mostrato in Fig. 1) e un dispositivo di pre-elaborazione 24. L'antenna 22 è posizionata nella carenatura 18 ed è configurata per ruotare l'antenna su un piano verticale, il suo ingresso-uscita è collegato tramite un interruttore di trasmissione-ricezione all'uscita del dispositivo 23 e all'ingresso del dispositivo 24. controlla l'ingresso del dispositivo 23 e l'uscita del dispositivo 24 attraverso un bus comune 3 Il complesso è collegato a TsVS 4 e SORDU 5.
Oltre al bus comune 3 del complesso, esistono numerosi collegamenti diretti tra TsVS 4 e SORDU 5.
TsVS 4 è un insieme di processori universali e processori speciali e ha la struttura di un computer di controllo.
SORDU 5 è composto da due telecomandi, ciascuno dei quali dispone di due display e comandi (tastiera, pulsanti, prese). La struttura delle console è simile alla struttura di un personal computer. Alle porte del telecomando sono collegati i tipici dispositivi periferici: telefono, altoparlante, stampante, registratore, registratore su disco magneto-ottico.
Il funzionamento della proposta SAC si svolge come segue.
Le antenne riceventi 1, 6, 14, 15 e 16 convertono l'energia delle vibrazioni elettriche (acustiche) in energia meccanica. L'antenna 22 è reversibile.
Nel percorso GL i segnali di eco vengono ricevuti dall'antenna 1. Nel percorso di comunicazione e identificazione i segnali di comunicazione e gli eco vengono ricevuti anche dall'antenna 1.
Nei dispositivi generatori 12, 21 e 23, un segnale a impulsi della potenza richiesta viene generato per la successiva amplificazione e radiazione come segnale sonoro dalle antenne 9, 10 e 11 del percorso GL, antenne 19 e 20 del percorso di comunicazione e identificazione, e l'antenna 23 del percorso MI. I segnali per controllare i parametri dei segnali generati vengono generati in SORDU 5 e TsVS 4.
I dispositivi di preelaborazione 2, 8, 17 e 24 effettuano un'elaborazione preliminare dei segnali ricevuti, cioè la loro amplificazione, filtraggio, elaborazione tempo-frequenza e conversione da analogico a digitale.
TsVS 4 e SORDU 5 sono sistemi coinvolti nel funzionamento di tutti i percorsi GAK. Funzionano con i dati in formato digitale. Il funzionamento di questi sistemi si basa su algoritmi di elaborazione delle informazioni implementati da software. Questi mezzi vengono utilizzati per:
Formazione completa dei parametri di un segnale a impulsi, che viene quindi generato e amplificato in potenza nei dispositivi generatori;
Formazione di antenne controllate da CN del percorso GL, tenendo conto della necessità di scansionare i loro raggi;
Elaborazione secondaria delle informazioni che rivela la struttura fine del segnale;
Prendere la decisione di rilevare un bersaglio;
Tracciamento automatico del bersaglio.
Il funzionamento del SAC è controllato dagli operatori che si trovano presso le console SORDU 5. La modalità operativa principale è la ricezione, in questa modalità funzionano i percorsi ShP, OGS e di comunicazione principali e aggiuntivi. I percorsi GL e MI, nonché la modalità “Funzionamento attivo” del percorso di comunicazione, vengono attivati per l'emissione in base ai comandi di SORDU 5. I canali riceventi funzionano simultaneamente e indipendentemente l'uno dall'altro. I segnali ricevuti attraverso le antenne 1, 14, 15, 16, 6 entrano nei dispositivi 2, 8, 17, 24, vengono filtrati per gamme di frequenza e sottoposti ad elaborazione tempo-frequenza. Successivamente, i segnali ricevuti ed elaborati attraverso il bus comune 3 entrano nel computer digitale 4, dove l'elaborazione secondaria del segnale viene effettuata utilizzando un software basato sugli algoritmi adottati dal SAC. Vengono determinati gli elementi di movimento e le coordinate dei bersagli e vengono riepilogati i dati ricevuti dallo stesso bersaglio attraverso percorsi diversi. L'operatore decide di selezionare i bersagli per il tracciamento automatico e trasmette il comando appropriato.
Se è presente un comando operatore corrispondente da SORDU 5 per attivare le principali modalità attive, questo comando viene inviato a CVS 4 ed elaborato. In TsVS 4 viene generato un comando complesso contenente codici per i parametri della modalità di radiazione. Attraverso il bus comune 3, questo comando viene trasmesso al dispositivo generatore 12 (21, 23), dove viene generato un potente segnale di radiazione pulsata, fornito alle antenne 9, 10, 11 (19, 20,22).
Quando il tratto GL funziona in modalità attiva, grazie al controllo elettronico delle antenne in ciascuna delle antenne 9, 10 e 11, uno dei suoi raggi XN ha una larghezza sufficiente per agganciarsi con sicurezza su un bersaglio per il tracciamento, ed esegue la scansione lungo un angolo in un dato settore di funzionamento di questa antenna. Se in questo settore sono presenti bersagli, questi ultimi vengono rilevati da un raggio di scansione e trasferiti per il tracciamento. In questo caso, la scansione del raggio di “ricerca” non viene interrotta, ma si forma un ulteriore raggio XN, orientato nella direzione del bersaglio appena rilevato. Questo raggio traccia il bersaglio appena rilevato. La sua larghezza dipende dalla distanza dal bersaglio, dalle sue dimensioni e dalla velocità di movimento nella direzione perpendicolare alla direzione del bersaglio del sottomarino. Questa larghezza è determinata praticamente. Dovrebbe essere il minimo possibile, ma sufficiente per tracciare con sicurezza l'obiettivo. Con l'apparizione di ogni nuovo bersaglio in una nuova direzione, il processo descritto viene ripetuto e si forma un altro raggio di antenna XN, che viene installato per tracciare questo bersaglio. Questo processo verrà ripetuto finché tutti i bersagli all'interno dell'area di responsabilità dell'antenna non saranno accompagnati dai corrispondenti raggi dell'antenna XN.
Pertanto, quando il percorso GL è in funzione, il segnale di sondaggio viene emesso da diversi raggi stretti (il numero di raggi supera di uno il numero di target e se i target sono nella stessa direzione, è ancora inferiore). In questo modo il complesso proposto differisce notevolmente dal prototipo, in cui non vi è alcun controllo delle antenne del percorso GL. Nel percorso GL del prototipo, la larghezza dell’XN di ciascuna antenna non deve essere inferiore alla larghezza del settore di responsabilità dell’antenna, altrimenti in una parte di questo settore il target non può essere rilevato affatto.
Nel prototipo in modalità GL, l'irradiazione del segnale di sondaggio viene effettuata in modo continuo su tutto il settore di responsabilità delle antenne, quindi questa radiazione può essere rilevata da qualsiasi direzione. Nel SAC proposto, nella maggior parte del settore di responsabilità dell'antenna, la radiazione è assente o avviene con lunghe interruzioni. Ciò riduce significativamente la probabilità di rilevare la radiazione e determinare le coordinate della sua fonte quando si utilizza il SAC proposto rispetto al prototipo.
Inoltre, il raggio di “ricerca” nel SAC proposto ha un CV piuttosto stretto, che consente di focalizzare tutta l'energia del dispositivo generatore in un settore ristretto in cui si trova il bersaglio irradiato, il che equivale ad un aumento di la potenza del segnale che irradia il bersaglio rispetto al prototipo, dove la larghezza del CV dell'antenna è grande e la maggior parte dell'energia emessa non raggiunge il bersaglio irradiato.
Un aumento della potenza del segnale che irradia il bersaglio porta ad un aumento del suo raggio di rilevamento.
Pertanto, il GAK proposto fornisce un aumento della segretezza del complesso e del raggio di rilevamento del bersaglio nella modalità GL rispetto al prototipo.
Il GAK proposto è abbastanza semplice da implementare. Le antenne a percorso GL possono essere implementate in conformità con le raccomandazioni fornite nel libro [L.K. Samoilov. Controllo elettronico delle caratteristiche di direttività dell'antenna. - L.: Costruzioni navali. - 1987]. I restanti dispositivi possono essere resi uguali ai corrispondenti dispositivi prototipo.
Un complesso idroacustico di un sottomarino, contenente un percorso radiogoniometrico principale, un percorso radiogoniometrico aggiuntivo, un percorso di rilevamento di segnali idroacustici, un percorso sonar, un percorso di comunicazione e identificazione, un percorso di rilevamento di mine e di rilevamento di ostacoli alla navigazione, un computer centrale sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo e un bus comune, in cui l'apparecchiatura del sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo è costituita da console a doppio display con dispositivi periferici collegati e collegati a un sistema informatico centrale, il principale Il percorso radiogoniometrico contiene l'antenna principale di ricezione del naso, configurata per formare un ventaglio statico di caratteristiche di direttività nei piani orizzontale e verticale, e il primo dispositivo di pre-elaborazione è situato in una capsula all'interno dell'antenna ed è collegato tramite il suo ingresso direttamente a dall'uscita dell'antenna, e dalla sua uscita attraverso un bus comune con il sistema informatico centrale e il sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo; il percorso di rilevamento del segnale idroacustico contiene la prima antenna situata nella parte di prua della recinzione della timoneria e avente una caratteristica di direttività multilobo, una seconda antenna situata nella parte poppiera della recinzione della timoneria e che è ad alta frequenza e omnidirezionale, una terza antenna, i cui blocchi sono situati nella carenatura del musetto, nella parte poppiera della recinzione della timoneria e lungo i lati del sottomarino, che è a banda larga, e il secondo un dispositivo di pre-elaborazione, i cui ingressi di segnale sono collegati direttamente alle uscite delle corrispondenti antenne del percorso di rilevamento del segnale idroacustico, e l'ingresso e l'uscita di controllo sono tramite un bus comune con il sistema informatico centrale e il sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo; il percorso del sonar contiene un'antenna emittente di prua della tuga situata nella parte anteriore della copertura della timoneria, due antenne emittente di bordo situate su entrambi i lati del sottomarino , e un primo dispositivo di generazione, le cui uscite sono collegate agli ingressi del segnale delle corrispondenti antenne emittenti del percorso sonar, e l'ingresso di controllo avviene attraverso un bus comune con il sistema informatico centrale e il sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo , il percorso di comunicazione e identificazione contiene un'antenna emittente di prua situata nel cupolino, un'antenna emittente di poppa situata nella recinzione della timoneria e un secondo dispositivo generatore, le cui uscite sono collegate agli ingressi del segnale delle antenne emittenti del sistema di comunicazione e percorso di identificazione e l'ingresso di controllo - attraverso un bus comune con il sistema informatico centrale e il sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo, il percorso di rilevamento delle mine e di rilevamento degli ostacoli alla navigazione contiene un'antenna ricetrasmittente, configurata per ruotare la caratteristica di direttività nel piano verticale e situato nella carenatura del muso, un terzo dispositivo generatore, la cui uscita è collegata con l'ingresso-uscita dell'antenna di rilevamento mine e rilevamento ostacoli alla navigazione tramite l'interruttore “ricevi - trasmetti”, e l'ingresso di controllo - attraverso un bus comune con il sistema informatico centrale e il sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo, e un terzo dispositivo di preelaborazione, il cui ingresso è collegato direttamente con l'uscita dell'antenna ricetrasmittente e l'uscita avviene attraverso un bus comune con il sistema informatico centrale e il sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo, il percorso aggiuntivo del radiogoniometro contiene un'antenna trainata estesa e flessibile, collegata tramite un cavo e un collettore di corrente all'ingresso del quarto pre-elaborazione dispositivo collegava la sua uscita attraverso un bus comune con un sistema informatico centrale e un sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo, caratterizzato dal fatto che tutte le antenne radianti del percorso sonar sono controllate elettronicamente sia nel numero di raggi della caratteristica di direttività che in la loro larghezza e direzione, mentre gli ingressi di controllo di queste antenne sono collegati tramite un bus comune ad un sistema informatico centrale e ad un sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo, il numero di raggi della caratteristica direzionale di ciascuna antenna è uno in più rispetto al numero di bersagli tracciati da questa antenna e la loro larghezza è la minima possibile, ma sufficiente per catturare e inseguire con sicurezza il bersaglio, in questo caso, uno dei raggi della caratteristica direzionale ha una larghezza sufficiente per catturare il bersaglio per l'inseguimento, e scansiona lungo un angolo in un dato settore di responsabilità dell'antenna, e i restanti raggi della caratteristica direzionale dell'antenna accompagnano i bersagli rilevati da questa antenna.
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L'invenzione riguarda le stazioni di misurazione del suono (complessi di misurazione del suono) e può essere utilizzata per determinare la distanza di una sorgente sonora (S) da un localizzatore acustico, il suo angolo di misurazione del suono corretto e le coordinate topografiche (TC) di questa S.
Un dispositivo per rilevare i segnali e determinare la direzione verso la loro fonte. Il risultato tecnico dell'invenzione è quello di creare un nuovo dispositivo per rilevare segnali e determinare la direzione verso la loro fonte (sorgenti) con il numero di operazioni non lineari nel percorso di elaborazione pari a 2.
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L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e può essere utilizzata per rilevare un oggetto nell'ambiente marino e misurarne le coordinate. Il risultato tecnico dell'uso dell'invenzione è quello di misurare la distanza dall'oggetto riflettente con un tempo e una posizione di emissione sconosciuti, il che aumenta l'efficienza dell'uso di mezzi idroacustici. Per ottenere il risultato tecnico specificato, viene emesso un segnale esplosivo nell'ambiente marino, il segnale riflesso viene ricevuto da un ricevitore a banda larga, l'analisi della frequenza multicanale del segnale riflesso viene visualizzata sull'indicatore degli spettri dalle uscite del canale, un viene effettuata l'installazione e la detonazione autonoma della sorgente del segnale esplosivo, viene misurata la dipendenza della velocità del suono dalla profondità, il livello di interferenza nella banda di ricezione, viene determinata la soglia di rilevamento, viene ricevuto il segnale di propagazione diretta dell'esplosivo segnale che ha superato la soglia di rilevamento selezionata, determinare il tempo di ricezione del segnale di propagazione diretta dalla sorgente esplosiva al ricevitore Tdirect, misurare lo spettro del segnale di propagazione diretta che ha superato la soglia di rilevamento, determinare l'ampiezza dello spettro del segnale propagazione diretta nella banda del dispositivo ricevente Fdirect, ricevere il segnale riflesso dall'oggetto, determinare il tempo di ricezione del segnale riflesso Tekho, misurare lo spettro del segnale riflesso, determinare la banda delle componenti spettrali del segnale riflesso che hanno superato la soglia di rilevamento Fekho, determinare la distanza dall'oggetto utilizzando la formula Dism = K(Fdirect -Feho), dove K è un coefficiente che determina l'attenuazione in frequenza dello spettro del segnale durante la propagazione, mentre Diz>(Techo-Tdirect)C, dove C è la velocità del suono. 1 malato.
L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e può essere utilizzata per realizzare sistemi di rilevamento di segnali sonori provenienti da sonar installati su un supporto mobile. Il risultato tecnico dell'uso dell'invenzione è quello di fornire la capacità di determinare cambiamenti nell'angolo di movimento della direzione della sorgente del segnale di sondaggio e la velocità di cambiamento nella direzione del suo movimento. Per ottenere il risultato tecnico specificato, il metodo esegue la ricezione sequenziale di segnali di sondaggio da una sorgente in movimento, determinando l'istante di arrivo del primo segnale di sondaggio ricevuto, caratterizzato dal fatto che vengono introdotte nuove operazioni, vale a dire: misurare sequenzialmente gli istanti temporali ti di ricezione n più segnali di sondaggio, dove n non è inferiore a 3, determinare l'intervallo di tempo Tk tra gli istanti di arrivo di ciascuno dei due successivi segnali di sondaggio Tk=ti+1-ti, determinare la differenza degli intervalli di tempo misurati ΔTm=Tk+1 -Tk, dove m è il numero di misurazione della differenza di intervalli di tempo successivi, determina il segno della differenza di intervalli di tempo, ricorda la prima differenza di intervalli di tempo, determina la successiva differenza di intervalli di tempo se la differenza di intervalli ha un valore negativo segno, determinare il coseno dell'angolo di movimento della rotta della sorgente come rapporto tra ciascuna differenza successiva e la prima differenza negli intervalli di tempo, determinare l'angolo di movimento della rotta della sorgente dei segnali sonori, come reciproco del coseno del rapporto misurato; se la differenza misurata è positiva, la sorgente dei segnali di tastatura viene rimossa e il coseno dell'angolo viene calcolato come rapporto tra la prima differenza e ciascuna successiva. 1 stipendio volo, 1 illustrazione.
L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e può essere utilizzata nei problemi di determinazione della classe di un oggetto durante lo sviluppo di sistemi idroacustici. È stato proposto un metodo per classificare i segnali di emissione di rumore idroacustico di un oggetto marino, inclusa la ricezione tramite un'antenna dei segnali di emissione di rumore di un oggetto marino in una miscela additiva con interferenza da parte di un'antenna idroacustica, la conversione del segnale in forma digitale, l'elaborazione spettrale di segnali ricevuti, accumulando gli spettri risultanti, livellando lo spettro in base alla frequenza, determinando la soglia di rilevamento in base alla probabilità di falsi allarmi e quando viene superata la soglia di rilevamento dello spettro corrente a una determinata frequenza, viene presa una decisione sulla presenza di un componente discreto con cui viene classificato un oggetto marino, in cui i segnali di emissione di rumore di un oggetto marino in una miscela di additivi con interferenza vengono ricevuti da due semiantenne di un'antenna idroacustica, l'elaborazione spettrale dei segnali ricevuti viene effettuata alle uscite dell' semiantenne, sommare gli spettri di potenza alle uscite delle due semiantenne, determinando lo spettro di potenza totale S ∑ 2 (ω k), trovare la differenza S Δ 2 (ω k) degli spettri di potenza alle uscite di le due semiantenne determinano la differenza di spettro S 2 (ω k) ∑ − Δ ¯ = S Σ 2 (ω k) ¯ − S Δ 2 (ω k) ¯ è lo spettro di potenza dell'emissione di rumore di un oggetto marino, e la presenza di componenti discreti viene valutata quando viene superata la soglia di rilevamento della frequenza dello spettro di potenza dell'emissione di rumore di un oggetto marino. Ciò garantisce l'eliminazione dell'influenza dello spettro di interferenza ricevuto lungo il campo laterale delle caratteristiche direzionali dell'antenna idroacustica e la corretta determinazione delle caratteristiche spettrali di classificazione. 1 malato.
L'invenzione riguarda il radar, in particolare i dispositivi per determinare le coordinate di oggetti che emettono segnali acustici utilizzando sensori a fibra ottica geograficamente dispersi - misuratori di pressione sonora. Il risultato tecnico è quello di aumentare la precisione della determinazione della posizione e del riconoscimento del tipo di oggetto valutando la composizione spettrale del suo rumore acustico e dei parametri di movimento. Il risultato tecnico è stato ottenuto grazie all'introduzione di un secondo loop per la trasmissione di impulsi ottici di diversa lunghezza d'onda e una catena sequenziale di nodi: (2N+3)-esima guida luminosa, terzo PD, secondo generatore di impulsi, seconda sorgente di radiazione ottica , (2N+4)-esima guida luminosa. 1 malato.
L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e ha lo scopo di determinare i parametri degli oggetti che producono rumore nel mare. Viene studiato il segnale idroacustico di rumore di un oggetto marino, confrontandolo con un segnale predittivo, generato dinamicamente per la totalità dei livelli di rumore attesi dell'oggetto e delle distanze dall'oggetto, determinando il coefficiente di correlazione. Sulla base della funzione massima della dipendenza del coefficiente di correlazione dal livello di rumore stimato dell'oggetto e dalla distanza stimata dall'oggetto, vengono determinate congiuntamente la stima del livello di rumore dell'oggetto e la stima della distanza dall'oggetto. Il risultato tecnico dell'invenzione è quello di aumentare la precisione della stima del rumore di un oggetto riducendo contemporaneamente il numero totale di operazioni aritmetiche nella valutazione del rumore di un oggetto e della distanza dall'oggetto. 2 malato.
L'invenzione riguarda cercatori acustici di direzione (AD), localizzatori acustici (AL) e può essere utilizzato per determinare il rilevamento di una sorgente sonora (IS). Lo scopo dell'invenzione è quello di aumentare la precisione della radiogoniometria di un IR quando le superfici terrestri sono inclinate rispetto al piano dell'orizzonte, dove è posizionata l'antenna acustica, e di ridurre il tempo per determinare il rilevamento di questa sorgente. La direzione IZ in questo metodo viene determinata come segue: vengono misurati la temperatura dell'aria, la velocità del vento, l'angolo direzionale della sua direzione nello strato superficiale dell'atmosfera e vengono inseriti nel sistema elettronico computer, segnare l'area su una carta topografica attenzione speciale(ROV), dove possono essere ubicate postazioni di tiro di artiglieria e mortai, selezionare sul terreno un'area pianeggiante di forma approssimativamente rettangolare con una lunghezza di almeno trecento metri e una larghezza di almeno dieci metri, i cui lati grandi sarebbe approssimativamente perpendicolare alla direzione del centro approssimativo del ROV, misurare l'angolo di inclinazione di queste piattaforme rispetto al piano dell'orizzonte e, tenendo conto di questo angolo, utilizzando un dispositivo ottico-meccanico e un'asta telemetrica, installare il sensore in in modo speciale a terra, ricevere segnali acustici e interferenze, convertirli in segnali elettrici e interferenze, elaborarli in 1 e 2 canali di elaborazione del segnale AP o AL è determinato all'uscita di questi canali tensioni costanti U1 e U2, che provengono solo dalla ROM, sottraggono la tensione U2 dalla tensione U1, sommano queste tensioni, ottengono il rapporto tra la differenza e la loro somma ηCP e calcolano automaticamente il rilevamento reale della sorgente sonora αI utilizzando il programma. 8 malato.
L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e può essere utilizzata nello sviluppo di sistemi per determinare le coordinate sulla base dei dati provenienti dal percorso radiogoniometrico dei complessi idroacustici. Il metodo comprende la ricezione di un segnale di rumore idroacustico con un'antenna idroacustica, il tracciamento di un bersaglio nella modalità radiogoniometrica, l'analisi spettrale del segnale di rumore idroacustico in un'ampia banda di frequenza, la determinazione della distanza dal bersaglio, la ricezione del segnale di rumore idroacustico viene trasportato fuori dalle metà dell'antenna idroacustica, misurando lo spettro reciproco tra i segnali di rumore idroacustico ricevuti dalle metà delle antenne idroacustiche; misurare la funzione di autocorrelazione di questo spettro incrociato (ACF); misurare la frequenza portante della funzione di autocorrelazione Fmeas, misurare la differenza tra la frequenza portante misurata e la frequenza portante di riferimento del segnale di emissione di rumore target Fstandard, misurata a breve distanza (Fstandard-Fmeas), e viene determinata la distanza dal target dalla formula D = (Fstandard-Fmeas)K, dove K coefficiente di proporzionalità, che viene calcolato come il rapporto tra la variazione della frequenza portante della funzione di autocorrelazione per unità di distanza quando si determina la frequenza di riferimento. 1 malato.
Le invenzioni riguardano il campo dell'idroacustica e possono essere utilizzate per controllare il livello di emissione di rumore di un oggetto sottomarino in un bacino naturale. Il risultato tecnico ottenuto dalla realizzazione delle invenzioni è la capacità di misurare il livello di rumore di un'imbarcazione subacquea direttamente dall'imbarcazione stessa. Questo risultato tecnico si ottiene sollevando dall'imbarcazione un modulo di misurazione (MM) dotato di idrofoni e utilizzandolo per misurare il livello di emissione sonora dell'imbarcazione. L'IM è dotato di un sistema per verificarne la funzionalità senza smontare il dispositivo. 2 n. e 11 di stipendio volo, 3 ill.
Il dispositivo (100) per risolvere l'ambiguità dalla stima DOA (φ ^ amb) (105) contiene un analizzatore di stima DOA (110) per analizzare la stima DOA (φ ^ amb) (105) per ottenere una serie (115) di valori ambigui parametri di analisi (φ ˜ I ... φ ˜ N; f(φ ˜ I)...f(φ ˜ N); fenh,I(φ ^ amb)...fenh,N(φ ^ amb); gP (φ ˜ I). ..gp(φ ˜ N); D(φ ˜ I)...D(φ ˜ N)) utilizzando le informazioni di bias (101), dove le informazioni di bias (101) rappresentano la relazione (φ ^ ↔φ) tra la stima DOA distorta (φ ^) e imparziale (φ), e un'unità di risoluzione dell'ambiguità (120) per risolvere l'ambiguità nell'insieme (115) di parametri di analisi ambigui (φ ˜ I... φ ˜ N; f(φ ˜ I)...f (φ ˜ N); fenh,I(φ ^ amb)...fenh,N(φ ^ amb); gP(φ ˜ I)...gp( φ ˜ N); D(φ ˜ I).. .D(φ ˜ N)) per ottenere un parametro risolto univoco (φ ˜ res; fres, 125). 3 n. e 12 di stipendio volo, 22 ill.
L'invenzione riguarda il campo dell'idroacustica e può essere utilizzata come arma idroacustica per sottomarini per vari scopi, nonché durante l'esecuzione di lavori e ricerche geologiche e idroacustiche subacquee. Il complesso comprende percorsi principali e aggiuntivi di rilevamento della direzione del rumore, un percorso di rilevamento del segnale idroacustico, un percorso sonar, un percorso di comunicazione e identificazione, un percorso di rilevamento di mine e rilevamento di ostacoli alla navigazione, un sistema informatico centrale, un sistema di visualizzazione, registrazione, documentazione e controllo e un autobus comune. In questo caso, tutte le antenne radianti del percorso sonar sono controllate elettronicamente sia nel numero di raggi della caratteristica direzionale che nella loro larghezza e direzione. Il percorso principale di rilevamento della direzione del rumore contiene l'antenna ricevente dell'arco principale e il primo dispositivo di pre-elaborazione. Il percorso di rilevamento del segnale idroacustico contiene tre antenne di ricezione e un secondo dispositivo di preelaborazione. Il percorso del sonar contiene tre antenne controllate elettronicamente e un primo dispositivo generatore. Il percorso di comunicazione e identificazione contiene due antenne radianti e un secondo dispositivo generatore. Il percorso di rilevamento delle mine e di rilevamento degli ostacoli alla navigazione contiene un'antenna ricetrasmittente, un interruttore di trasmissione-ricezione, un terzo dispositivo generatore e un terzo dispositivo di pre-elaborazione. Il percorso aggiuntivo della radiogoniometria contiene un'antenna trainata estesa e flessibile, un cavo, un collettore di corrente e un quarto dispositivo di preelaborazione. Risultato tecnico: aumento della segretezza del SAC e del raggio di rilevamento del bersaglio nella modalità GL. 1 malato.
Idroacustica subacquea russa all'inizio del 21° secolo
L'idroacustica militare è una scienza d'élite, il cui sviluppo può permettersi solo uno stato forte
Il tedesco ALESSANDROV
Possedendo il più alto potenziale scientifico e tecnico (l'azienda impiega 13 medici e più di 60 candidati in scienze), la preoccupazione sta sviluppando le seguenti aree prioritarie dell'idroacustica domestica:
Complessi idroacustici attivi e passivi multifunzionali (GAS) e sistemi (GAS) per l'illuminazione dell'ambiente sottomarino nell'oceano, anche per sottomarini, navi di superficie, aerei, sistemi di rilevamento di nuotatori subacquei;
Sistemi con antenne trainate estese flessibili per il funzionamento in un'ampia gamma di frequenze per navi di superficie e sottomarini, nonché per quelli fissi;
Sistemi idroacustici stazionari attivi, passivi e attivo-passivi per la protezione della zona della piattaforma dalla penetrazione non autorizzata di navi di superficie e sottomarini;
Sistemi di navigazione idroacustica e di ricerca e rilevamento";
Trasduttori idroacustici, antenne, schiere di antenne fasate di forma complessa, aventi fino a diverse migliaia di canali di ricezione;
Schermi acustici e carenature fonotrasparenti;
Sistemi di trasmissione di informazioni tramite canale idroacustico;
sistemi adattativi per l'elaborazione di informazioni idroacustiche in ambienti idrologici, acustici e di interferenza del segnale complessi;
Classificatori di obiettivi in base alle loro firme e alla struttura fine del campo sonoro;
Misuratori di velocità del suono per navi di superficie e sottomarini.
L'azienda oggi è composta da dieci imprese situate a San Pietroburgo e nella regione di Leningrado, Taganrog, Volgograd, Severodvinsk e nella Repubblica di Carelia, tra cui istituti di ricerca, fabbriche per la produzione in serie di apparecchiature idroacustiche, imprese specializzate per la manutenzione delle apparecchiature negli impianti, e terreni di prova. Si tratta di cinquemila specialisti altamente qualificati: ingegneri, operai, scienziati, di cui oltre il 25% sono giovani.
Il team dell'azienda ha sviluppato quasi tutti i GAK pl prodotti in serie (Rubin, Ocean, Rubicon, Skat, Skat-BDRM, Skat-3), una serie di complessi idroacustici e sistemi per navi di superficie (Platina ", "Polynomial", stazione per rilevamento di nuotatori subacquei "Pallada"), sistemi stazionari "Liman", "Volkhov", "Agam", "Dniester".
I sistemi idroacustici per sottomarini creati dall'impresa sono mezzi tecnici unici, la cui creazione richiede la massima conoscenza e una vasta esperienza nel campo dell'idroacustica. Come ha affermato uno spirito, il compito di rilevare un sottomarino con un radiogoniometro è simile in complessità al compito di rilevare la fiamma di una candela a una distanza di diversi chilometri in una luminosa giornata di sole, eppure per un sottomarino situato sott'acqua, il GAC è praticamente l'unica fonte di informazioni sull'ambiente. I compiti principali risolti dal complesso idroacustico di un sottomarino sono il rilevamento di sottomarini, navi di superficie, siluri in modalità radiogoniometrica, tracciamento automatico dei bersagli, determinazione delle loro coordinate, classificazione dei bersagli, rilevamento e radiogoniometria dei bersagli in modalità sonar, intercettazione di segnali idroacustici in un'ampia gamma di frequenze, fornitura di comunicazioni sonore subacquee su lunghe distanze, fornitura di visibilità delle condizioni vicine e sicurezza della navigazione, illuminazione delle condizioni del ghiaccio quando si naviga sotto il ghiaccio, protezione da mine e siluri per una nave, risoluzione di problemi di navigazione - misurazione velocità, profondità, ecc. Oltre a questi compiti, il complesso deve disporre di un potente sistema di controllo automatizzato, un sistema per monitorare il proprio rumore e deve eseguire continuamente complessi calcoli idrologici per garantire il funzionamento di tutti i sistemi e prevedere la situazione nell'area sottomarina di operazione. Il complesso dispone di simulatori per tutti i sistemi del complesso idroacustico, fornendo formazione e addestramento al personale.
La base di qualsiasi complesso idroacustico sono le antenne, array discreti in fase di forma complessa, costituiti da trasduttori piezoceramici, che devono garantire la ricezione di segnali dall'ambiente acquatico su una barca che subisce enormi carichi dovuti alla pressione idrostatica. Il compito del SAC è quello di rilevare questi segnali sullo sfondo del proprio rumore, del rumore del flusso quando la barca è in movimento, del rumore del mare, di bersagli interferenti e di una serie di altri fattori che mascherano il segnale utile.
Un moderno GAK è un complesso complesso digitale che elabora enormi flussi di informazioni in tempo reale (ogni antenna del complesso è composta da migliaia, o addirittura decine di migliaia di singoli elementi, ciascuno dei quali deve essere elaborato in modo sincrono con tutti gli altri). Il suo funzionamento è possibile solo con l'uso dei più recenti sistemi multiprocessore, che prevedono il compito di osservazione simultanea, nello spazio, e multibanda, in frequenza, dei campi acustici circostanti.
L'elemento più importante e più importante del complesso sono i dispositivi per la visualizzazione delle informazioni ricevute. Quando si creano questi dispositivi, vengono risolti non solo problemi scientifici e tecnici, ma anche ergonomici e psicologici: non è sufficiente ricevere un segnale dall'ambiente esterno, è necessario che gli operatori del complesso (e questo è un numero minimo di persone) in ogni momento hanno una comprensione completa della situazione circostante, controllando e effettivamente la sicurezza della nave e il movimento di più bersagli, di superficie, sott'acqua e aerei, che rappresentano una potenziale minaccia o interesse per il sottomarino. E gli sviluppatori sono costantemente in equilibrio sull'orlo di un problema: da un lato, per visualizzare la massima quantità di informazioni elaborate dal complesso e necessarie all'operatore, dall'altro, per non violare la "regola di Miller", che limita la quantità di informazioni che possono essere assorbite simultaneamente da una persona.
Una caratteristica importante dei sistemi idroacustici, in particolare delle antenne, sono i requisiti di resistenza, durata e capacità di funzionare senza riparazioni o sostituzioni per un periodo molto lungo: in condizioni di servizio di combattimento, di solito è impossibile riparare un'antenna idroacustica.
Un moderno SAC non può essere considerato un sistema chiuso e autosufficiente, ma solo come un elemento di un sistema integrato di sorveglianza sottomarina, che riceve e utilizza informazioni a priori continuamente aggiornate sugli obiettivi da sistemi di rilevamento non acustico, ricognizione, ecc., e fornire informazioni sulla mutevole situazione subacquea al sistema , che analizza le situazioni tattiche e fornisce raccomandazioni sull'uso delle varie modalità del sistema di attacco in una determinata situazione.
Lo sviluppo di sistemi idroacustici per un sottomarino è una competizione continua con gli sviluppatori di un potenziale nemico, da un lato, poiché il compito più importante del SAC è garantire almeno la parità in una situazione di duello (il nemico ti sente e ti riconosce , e siete alla stessa distanza), ed è necessario con tutte le nostre forze e mezzi aumentare la portata del SAC, principalmente nella modalità radiogoniometrica passiva, che consente di rilevare bersagli senza smascherare la propria posizione, e con i costruttori navali, progettisti di sottomarini, invece, poiché il rumore dei sottomarini diminuisce con ogni nuova generazione, con ogni nuovo progetto, anche con ogni nuova nave costruita, ed è necessario rilevare un segnale di livello inferiore di ordini di grandezza del rumore circostante del mare. Ed è ovvio che la creazione di un moderno complesso idroacustico per i sottomarini del 21° secolo è un lavoro congiunto degli sviluppatori del complesso e degli sviluppatori della barca, che insieme progettano e posizionano gli elementi del sistema sonar sulla nave in modo tale che il suo funzionamento in queste condizioni è più efficace.
L'esperienza progettuale del GAK pl disponibile presso il nostro istituto ci consente di individuare le principali aree problematiche da cui possiamo aspettarci un significativo aumento di efficienza nel prossimo futuro.
1. HAK con antenna conforme e con copertura conforme
La riduzione del rumore sottomarino, associata agli sforzi dei progettisti per ottimizzare le soluzioni tecniche per la progettazione dello scafo e dei meccanismi, ha portato ad una notevole diminuzione della portata del sonar sui moderni sottomarini. L'aumento dell'apertura delle antenne tradizionali (sferiche o cilindriche) è limitato dalla geometria dell'estremità ad arco del corpo. La soluzione ovvia in questa situazione è stata la creazione di un'antenna conforme (combinata con i contorni del quadrato), la cui area totale, e quindi il potenziale energetico, supera significativamente indicatori simili per le antenne tradizionali. La prima esperienza nella creazione di tali antenne si è rivelata un discreto successo.
Una direzione ancora più promettente sembra essere la realizzazione di antenne di copertura conformata posizionate lungo il lato della piazza. La lunghezza di tali antenne può essere di decine di metri e l'area può superare i cento metri quadrati. La creazione di tali sistemi è associata alla necessità di risolvere una serie di problemi tecnici.
L'antenna a copertura conforme si trova nella zona di influenza predominante delle onde disomogenee causate da interferenze strutturali, nonché interferenze di origine idrodinamica, comprese quelle derivanti dall'eccitazione dell'alloggiamento da parte del flusso in arrivo. Gli schermi acustici, tradizionalmente utilizzati per ridurre l'influenza delle interferenze sull'antenna, non sono sufficientemente efficaci nella gamma delle basse frequenze delle antenne di bordo. I possibili modi per garantire un funzionamento efficiente delle antenne di bordo, a giudicare dall'esperienza straniera, sono, in primo luogo, il posizionamento strutturale delle macchine e dei meccanismi più rumorosi dei sottomarini in modo tale che la loro influenza sui sistemi di bordo sia minima e, in secondo luogo, l'uso di metodi algoritmici per ridurre l'influenza dell'interferenza strutturale sul percorso GAK (metodi adattativi per compensare l'interferenza strutturale, compreso l'uso di sensori di vibrazione situati in prossimità dell'antenna). Molto promettente sembra l’uso dei cosiddetti metodi “a fase vettoriale” di elaborazione delle informazioni, che consentono di aumentare l’efficienza del complesso attraverso l’elaborazione congiunta dei campi di pressione e velocità vibrazionale. Un altro modo per ridurre l'influenza dell'interferenza idrodinamica, che influisce sull'efficienza delle antenne a copertura conforme, è l'uso di convertitori a pellicola (piastre PVDF), che, a causa della media su un'area di 1,0x0,5 m, possono significativamente (a giudicare dai dati in letteratura - fino a 20 dB) riducono l'influenza dell'interferenza idrodinamica sul tratto HAK.
2. Algoritmi adattivi per l'elaborazione delle informazioni idroacustiche, coerenti con l'ambiente di propagazione
Per “adattamento” si intende tradizionalmente la capacità di un sistema di modificare i propri parametri in base al mutare delle condizioni ambientali al fine di mantenere la propria efficienza. In relazione agli algoritmi di elaborazione, il termine “adattamento” significa coordinazione (nello spazio e nel tempo) del percorso di elaborazione con le caratteristiche dei segnali e del rumore. Gli algoritmi adattivi sono ampiamente utilizzati nei sistemi moderni e la loro efficacia è determinata principalmente dalle risorse hardware del complesso. Più moderni sono gli algoritmi che tengono conto della variabilità spaziotemporale del canale di propagazione del segnale. L'uso di tali algoritmi consente di risolvere contemporaneamente i problemi di rilevamento, designazione e classificazione del bersaglio, utilizzando informazioni a priori sul canale di propagazione del segnale. La fonte di tali informazioni può essere modelli oceanici dinamici adattivi che prevedono con sufficiente affidabilità la distribuzione di temperatura, densità, salinità e alcuni altri parametri ambientali nell'area di operazione del pl. Tali modelli esistono e sono ampiamente utilizzati all’estero. L'uso di stime abbastanza affidabili dei parametri del canale di propagazione consente, a giudicare dalle stime teoriche, di aumentare significativamente la precisione nella determinazione delle coordinate del bersaglio.
3. Sistemi acustici situati su veicoli sottomarini senza pilota controllati, che risolvono i problemi del rilevamento polistatico in modalità attiva, nonché il problema della ricerca di oggetti sul fondo limoso
Il sottomarino stesso è una struttura enorme, lunga più di cento metri, e non tutti i compiti che devono essere risolti per garantire la propria sicurezza possono essere risolti posizionando sistemi idroacustici sulla nave stessa. Uno di questi compiti è il rilevamento di oggetti sul fondo e interrati che rappresentano un pericolo per la nave. Per esaminare un oggetto è necessario avvicinarsi il più possibile ad esso senza costituire un pericolo per la propria incolumità. Uno dei modi possibili per risolvere questo problema è creare un veicolo subacqueo senza pilota controllato situato su un sottomarino, in grado di avvicinarsi autonomamente o tramite comunicazione cablata o subacquea a un oggetto di interesse e classificarlo e, se necessario, distruggerlo. . In realtà, il compito è simile alla creazione di un complesso idroacustico vero e proprio, ma in miniatura, con un dispositivo di propulsione alimentato a batteria, posizionato su un piccolo dispositivo semovente in grado di sganciarsi da un sottomarino mentre è immerso, e poi attraccare nuovamente. , fornendo al contempo una comunicazione bidirezionale costante. Negli Stati Uniti tali dispositivi sono stati creati e fanno parte dell'armamento dei sottomarini di ultima generazione (tipo Virginia).
4. Sviluppo e realizzazione di nuovi materiali per trasduttori idroacustici, caratterizzati da minor peso e costo
I trasduttori piezoceramici che compongono le antenne sottomarine sono strutture estremamente complesse; la piezoceramica stessa è un materiale molto fragile e richiede uno sforzo considerevole per renderlo resistente mantenendo l'efficienza. E da tempo è in corso la ricerca di un materiale che abbia le stesse proprietà di convertire l'energia vibrazionale in elettricità, ma che sia un polimero, durevole, leggero e tecnologicamente avanzato.
Gli sforzi tecnologici all'estero hanno portato alla creazione di film polimerici PVDF che hanno un effetto piezoelettrico e sono convenienti per l'uso nella costruzione di antenne di copertura (posizionate a bordo di una barca). Il problema qui risiede principalmente nella tecnologia per creare film spessi che garantiscano un'efficienza sufficiente dell'antenna. Ancora più promettente sembra essere l'idea di creare un materiale che abbia le proprietà della piezoceramica, da un lato, e le proprietà di uno schermo protettivo che attutisca (o disperda) i segnali sonar nemici e riduca il rumore della nave . Tale materiale (gomma piezoelettrica), applicato allo scafo di un sottomarino, trasforma di fatto l'intero scafo della nave in un'antenna idroacustica, garantendo un significativo aumento dell'efficienza dei mezzi idroacustici. L'analisi delle pubblicazioni straniere mostra che negli Stati Uniti tali sviluppi sono già entrati nella fase di prototipo, mentre nel nostro Paese non si sono registrati progressi in questa direzione negli ultimi decenni.
5. Classificazione degli obiettivi
Il compito di classificazione in idroacustica è un problema complesso associato alla necessità di determinare la classe di un bersaglio dalle informazioni ottenute nella modalità di ricerca della direzione del rumore (in misura minore, dai dati della modalità attiva). A prima vista, il problema può essere facilmente risolto: basta registrare lo spettro di un oggetto rumoroso, confrontarlo con un database e ottenere una risposta: che tipo di oggetto è, fino al nome del comandante. Infatti lo spettro del bersaglio dipende dalla velocità del bersaglio, dall'angolo del bersaglio, lo spettro osservato dal sistema sonar contiene distorsioni causate dal passaggio del segnale attraverso un canale di propagazione casualmente disomogeneo (ambiente acquatico), e dipende quindi dalla distanza, dalle condizioni atmosferiche, dalla zona operativa e da molti altri motivi, rendendo il problema del riconoscimento dello spettro praticamente irrisolvibile. Pertanto, nella classificazione nazionale, vengono utilizzati altri approcci relativi all'analisi delle caratteristiche peculiari di una specifica classe di obiettivi. Un altro problema che richiede una seria ricerca scientifica, ma è urgentemente necessario, è la classificazione degli oggetti di fondo e interrati associati al riconoscimento delle mine. È noto e confermato sperimentalmente che i delfini riconoscono con sicurezza oggetti di metallo, plastica e legno pieni di aria e acqua. Il compito dei ricercatori è sviluppare metodi e algoritmi che implementino lo stesso ordine di azioni che un delfino esegue quando risolve un problema simile.
6. Il compito dell'autodifesa
L'autodifesa è un compito complesso volto a garantire la sicurezza di una nave (compresa la protezione anti-siluro), compreso il rilevamento, la classificazione, la designazione del bersaglio, il rilascio dei dati iniziali per l'uso di armi e (o) contromisure tecniche. La particolarità di questo compito è l'uso integrato dei dati provenienti da vari sottosistemi del SAC, l'identificazione dei dati provenienti da varie fonti e la garanzia dell'interazione delle informazioni con altri sistemi navali che assicurano l'uso delle armi.
Quanto sopra è solo una piccola parte di quelle promettenti aree di ricerca che devono essere perseguite per aumentare l'efficacia delle armi idroacustiche create. Ma da un'idea a un prodotto il viaggio è lungo, che richiede tecnologie avanzate, una moderna base di ricerca e sperimentazione, un'infrastruttura sviluppata per la produzione dei materiali necessari per trasduttori e antenne idroacustiche, ecc. Va notato che gli ultimi anni sono stati caratterizzati per la nostra impresa da un serio riattrezzamento tecnico della base di produzione e collaudo, reso possibile grazie al finanziamento nell'ambito di una serie di programmi mirati federali, sia civili che speciali, condotto dal Ministero dell'Industria e del Commercio della Federazione Russa. Grazie a questo sostegno finanziario, negli ultimi cinque anni è stato possibile rinnovare completamente e modernizzare in modo significativo la più grande piscina sperimentale idroacustica d'Europa, situata sul territorio di OJSC Concern Okeanpribor, e aggiornare radicalmente le capacità produttive degli impianti seriali inclusi nel preoccupazione, grazie alla quale lo stabilimento di Taganrog Priboy è diventata l'impresa di costruzione di strumenti più avanzata nel sud della Russia. Stiamo creando nuovi impianti di produzione - piezomateriali, circuiti stampati e, in futuro, la costruzione di nuove aree produttive e scientifiche, stand per l'installazione e la consegna delle attrezzature. In 2-3 anni, le capacità produttive e scientifiche dell'impresa, supportate da una “banca dati” di nuove idee e sviluppi, consentiranno di iniziare la creazione di armi idroacustiche di quinta generazione, così necessarie per la Marina.
CAPITOLO 1. ANALISI DEI METODI DI BASE PER DETERMINARE LA POSIZIONE DELLA SORGENTE DEI SEGNALI DI NAVIGAZIONE MEDIANTE SISTEMI A BASE ULTRA-CORTO.
1.1. Dichiarazione del problema dello sviluppo di un complesso di navigazione idroacustica.
1.1.1. Esperienza IPMT nello sviluppo di sistemi di navigazione a telemetro.
1.1.2. Compiti di sviluppo di GANS-UKB.
1.2. Metodi di ampiezza per determinare le informazioni goniometriche utilizzando antenne di piccole dimensioni (base ultracorta).
1.2.1. Antenna lineare equidistante.
1.2.2. Antenna circolare equidistante.
1.2.3. Potenziale precisione dei rilevatori di direzione dell'ampiezza.
1.3. Informazioni sulla misurazione dello sfasamento tra due segnali tonali distorti dal rumore.
1.4. Formule di calcolo per la ricerca della direzione di fase in sistemi con semplici configurazioni di antenna.
1.4.1. Ricevitore a due elementi.
1.4.2. Ricevitore a quattro elementi.
1.4.3. Cercatore della direzione di fase a sei canali.
1.5. Un metodo per la radiogoniometria di una sorgente di segnali di navigazione che utilizza antenne circolari discrete con un gran numero di elementi.
1.5.1. Derivazione di formule di calcolo e valutazione dell'errore di un radiogoniometro a base circolare.
1.5.2. Algoritmi di radiogoniometria per un radiogoniometro a base circolare che tengono conto dei cambiamenti nell'orientamento angolare dell'antenna.
1.6. Conclusioni.
CAPITOLO 2. ELABORAZIONE DELLE INFORMAZIONI STATISTICHE DEL SISTEMA DI NAVIGAZIONE IDROACUSTICA CON BASE ULTRA CORTA.
2.1. Soluzione del problema dell'orientamento basato su metodi di elaborazione statistica.
2.2. Equazioni radiogoniometriche per antenne multielemento di varie configurazioni.
2.2.1. Antenna lineare multielemento.
2.2.2. Antenna con un numero arbitrario di elementi su base circolare.
2.2.3. Antenna a quattro elementi.
2.2.4. Antenna circolare con un elemento aggiuntivo al centro.
2.2.5. Antenna a doppia scala.
2.2.6. Conclusioni.
2.3. Caratteristiche dell'elaborazione del segnale di navigazione multifrequenza.
2.4. Configurazione dell'antenna e potenziale valutazione dell'accuratezza.
2.4.1. Antenne con spaziatura di semionda tra gli elementi.
2.4.2. Antenne sparse.
2.4.3. Selezione del settore di visione in base alla fasatura dell'antenna.
2.5. Conclusioni.
CAPITOLO 3. METODOLOGIA PER VALUTARE LA PRECISIONE DEI SISTEMI DI NAVIGAZIONE CON BASE ULTRA CORTA.
3.1. Stima della componente sistematica dell'errore di determinazione del cuscinetto.
3.1.1. Funzione di fase di un'antenna ricevente multielemento imperfetta.
3.1.2. Sviluppo di apparecchiature per la certificazione metrologica di antenne riceventi multielemento.
3.1.3. Studi sperimentali sulla precisione dell'antenna in condizioni di laboratorio.
3.2. Stima della precisione di un radiogoniometro a banda larga (studio delle caratteristiche dell'antenna per l'elaborazione di un segnale di navigazione multifrequenza).
3.3. Studi sperimentali delle principali caratteristiche delle basi ultracorti sistema di navigazione in condizioni di mare poco profondo.
3.3.1. Metodologia per la certificazione del sistema mediante confronto con i dati di un sistema di navigazione certificato (utilizzando l'esempio di GANS-DB).
3.3.2. Metodologia per valutare l'accuratezza delle misurazioni angolari utilizzando i dati del telemetro.
3.3.3. Un metodo per calibrare un sistema di navigazione a base ultracorta in condizioni naturali utilizzando un transponder di riferimento.
3.3.4. Giustificazione metrologica per la calibrazione di un sistema di navigazione a base ultracorta basato su dati GANS DB e GPS.
3.4. Valutazione delle caratteristiche metrologiche di GANS-UKB in condizioni di acque profonde.
3.5. Conclusioni.
CAPITOLO 4. METODI DI COSTRUZIONE E SVILUPPO DEGLI ELEMENTI BASE DEL SISTEMA DI COMUNICAZIONE IDROACUSTICA DI UN VEICOLO SUBACQUEO. 1464.1. Un approccio generale per stimare i principali parametri del GPS per AUV.
4.1.1. Informazioni generali.
4.1.2. Informazioni sulla struttura del simbolo informativo.
4.1.3. Informazioni sulla sincronizzazione.
4.1.4. Sulla scelta dell'impulso per valutare le caratteristiche di un canale di comunicazione.
4.1.5. Elaborazione di un blocco dati.
4.1.6. Modellazione numerica di un canale di comunicazione. 153 4.2.0 sviluppo di trasduttori piezoelettrici e antenne a banda larga per GASS.
4.2.1. Trasduttori piezoelettrici cilindrici a banda larga.
4.2.2. Trasduttori piezoelettrici cilindrici con caratteristiche controllate
4.2.3. Trasduttori piezoelettrici a banda larga del tipo a pistone.
4.2.4. Sull'adattamento elettrico dei trasduttori piezoelettrici in un'ampia banda di frequenza.
4.2.5. Sull'efficienza energetica dei convertitori a banda larga.
4.2.6. Caratteristiche delle antenne sviluppate.
4.3. Ricevitore di segnale GPS multielemento con controllo adattivo della CV in base ai dati del radiogoniometro del sistema di navigazione.
4.3.1. Elaborazione dati.
4.3.2. Caratteristiche dell'antenna UKB durante la ricezione dei segnali del sistema di comunicazione.
4.4. Studio sperimentale di un sistema di comunicazione multifrequenza incoerente con correzione dell'ampiezza della caratteristica di trasferimento del canale.
4.4.1. Algoritmo di elaborazione del segnale multifrequenza.
4.4.2. Schema strutturale sistemi di comunicazione.
4.4.3. Studi sperimentali sugli elementi del sistema di comunicazione idroacustica in condizioni di mare poco profondo.
4.5. Conclusioni.
CAPITOLO 5. SVILUPPO DEL REGISTRO DOPPLER COME COMPOSIZIONE DEL SISTEMA DI NAVIGAZIONE DI BORDO DI UN VEICOLO SUBACQUEO.
5.1. Antenne.
5.2. Elaborazione spettrale di segnali a impulsi brevi.
5.3. Struttura e circuiti.
5.4. Studi sul campo delle caratteristiche del ritardo nell'AUV.
5.5. Conclusioni.
CAPITOLO 6. IMPLEMENTAZIONE TECNICA ED ESPERIENZA DI APPLICAZIONE PRATICA DEGLI AIUTI IDROACUSTICI ALLA NAVIGAZIONE PER ROBOT SUBACQUEI. 2076.1. Realizzazione tecnica di un sistema di navigazione idroacustica a base ultracorta.
6.1.1. Schema strutturale di GANS-UKB.
6.1.2. Caratteristiche della progettazione hardware.
6.1.3. Antenna ricevente del sistema di navigazione.
6.1.4. Elaborazione dati.
6.1.5. Interfaccia utente.
6.1.6. Software.
6.1.7. Test su scala reale e funzionamento pratico di GANS-UKB.
6.2. Specifiche set di apparecchiature GASS.
6.2.1. Caratteristiche principali.
6.2.2. Principio di funzionamento.
6.2.3. Schema a blocchi del ricevitore.
6.2.4. Struttura del segnale GASS.
6.2.5. Risultati delle prove in mare nelle profondità marine.
6.3. Complesso di navigazione idroacustica.
6.3.1. Composizione e scopo del sistema di navigazione della nave.
6.3.2. Proposte tecniche per lo sviluppo di un sistema combinato di navigazione e controllo.
6.4. Test completi degli ausili alla navigazione idroacustica ed esperienza del loro utilizzo nel lavoro reale.
6.4.1. Test completo degli ausili alla navigazione.
6.4.2. Esperienza applicazione pratica aiuti idroacustici alla navigazione durante le operazioni di ricerca reali.
Elenco consigliato delle tesi
Sviluppo di metodi e algoritmi per la navigazione a segnale singolo di veicoli sottomarini disabitati autonomi 2013, candidato alle scienze tecniche Dubrovin, Fedor Sergeevich
Metodi per l'elaborazione dei segnali idroacustici ricevuti nella zona di Fresnel dei sistemi riceventi ed emittenti 2010, Dottore in scienze tecniche Kolmogorov, Vladimir Stepanovich
Comunicazioni e navigazione subacquea utilizzando campi elettromagnetici 2006, Dottore in scienze tecniche Shibkov, Anatoly Nikolaevich
Metodi e sistemi per aumentare la sicurezza della navigazione basati su dispositivi di navigazione idroacustica con base lineare di ricevitori direzionali 2006, Dottore in scienze tecniche Zavyalov, Viktor Valentinovich
Navigazione di un veicolo sottomarino autonomo utilizzando un sistema di navigazione inerziale senza gimbal 2017, Candidata di scienze fisiche e matematiche Filatova, Guzel Amirovna
Dissertazioni simili nella specialità "Acustica", 01/04/06 codice VAK
Sviluppo di un metodo per aumentare la precisione di posizionamento degli oggetti subacquei 2013, candidato alle scienze tecniche Golov, Alexander Alexandrovich
Metodo parametrico di trasformazione controllata dei campi idroacustici dell'emissione di rumore da navi da ricerca e da pesca, metodi e sistemi per la loro misurazione basati sulle leggi dell'acustica non lineare 2002, candidato alle scienze tecniche Khaliulov, Fargat Amershanovich
Sviluppo di algoritmi di elaborazione delle informazioni in sistemi goniometrici multiposizione utilizzando l'analisi spettrale veloce dei segnali 2005, Candidato di scienze tecniche Davletkaliev, Roman Kuanyshevich
Metodi e mezzi di supporto alla navigazione per aeromobili e controllo del traffico aereo basati su tecnologie satellitari 2004, Dottore in scienze tecniche Slepchenko, Petr Mikhailovich
Teoria e metodi per la progettazione di sistemi di antenne a banda ultralarga per radiogoniometri fissi e mobili 2011, Dottore in scienze tecniche Rembovsky, Yuri Anatolyevich
Conclusione della tesi sul tema “Acustica”, Matvienko, Yuri Viktorovich
Principali risultati del lavoro:
1. Sono stati studiati i principi della costruzione di sistemi a base ultracorta e sono stati analizzati i principali metodi per determinare la posizione angolare della sorgente di segnali di navigazione tonali e a banda larga durante l'elaborazione di informazioni da antenne riceventi di piccole dimensioni.
Sono state ottenute espressioni di calcolo e sono state studiate le caratteristiche di rilevamento della direzione dei rilevatori di direzione di ampiezza con elaborazione dei dati di sintesi e differenza.
Si nota la bassa precisione potenziale dei sistemi della configurazione più semplice, contenenti una, due o tre coppie di ricevitori ortogonali che utilizzano metodi di elaborazione dei dati di fase, e si nota la necessità di complicare i sistemi per aumentare la precisione.
Viene proposto e giustificato un metodo per l'orientamento di una sorgente di segnali tonali, basato sull'utilizzo di antenne con un gran numero di ricevitori densamente poste su una base circolare con determinazione della fase cumulativa, il cui errore può essere potenzialmente ridotto a 0,1 gradi.
Si ottengono formule di calcolo e, utilizzando l'esempio di antenne circolari con un gran numero di elementi, viene mostrata la connessione tra i dati dei sensori di rotta, rollio e assetto e i loro errori sul valore dei parametri di navigazione misurati e i loro errori.
Basandosi sul metodo della massima verosimiglianza, viene risolto il problema dell'elaborazione statistica dei dati di navigazione utilizzando antenne discrete di configurazione arbitraria. In questo caso, la stima dei parametri richiesti è determinata dall'elaborazione congiunta di tutte le coppie di canali presi con pesi diversi. I coefficienti di ponderazione contengono sia una componente geometrica, pari alla derivata della funzione di fase rispetto al parametro misurato, sia una componente energetica, pari al rapporto segnale-rumore in energia nel canale.
Vengono derivate relazioni di calcolo per determinare l'errore di rilevamento e di orientamento per alcune delle configurazioni di antenna più comuni: lineare, circolare, combinata.
È stato sviluppato un cercatore di direzione di fase, basato sull'uso di antenne circolari di grandi dimensioni d'onda con un numero limitato di elementi.
La tecnologia per ridurre il numero di canali di elaborazione mantenendo la risoluzione angolare è giustificata dividendo la procedura radiogoniometrica in due fasi: radiogoniometria grossolana per determinare il settore di visualizzazione e soluzione esatta equazioni portanti per una data approssimazione iniziale.
È dimostrata la possibilità di risolvere le ambiguità di fase che si verificano durante il funzionamento di antenne sparse utilizzando metodi di rilevamento della direzione dell'ampiezza.
Teoricamente, è giustificato ottenere una risoluzione angolare di 0,1-0,2 gradi con un numero di canali di 6-8 e una dimensione d'onda dell'antenna di 3-5 lunghezze d'onda delle frequenze di navigazione.
Sono state ottenute relazioni per il calcolo del rilevamento di un'antenna discreta di piccole dimensioni, il tempo di propagazione di un segnale acustico alla cui apertura è paragonabile al periodo della frequenza media dello spettro ricevuto.
2. Sono state condotte ricerche sui metodi per valutare l'accuratezza di GANS UKB e sono stati sviluppati metodi per misurare le loro caratteristiche in condizioni di laboratorio e sul campo.
Per descrivere un'antenna multielemento discreta, viene proposta una funzione vettoriale, ciascuna componente della quale descrive per un elemento dell'antenna selezionato la dipendenza della fase del segnale acustico ricevuto dalla direzione del suo arrivo. Una determinazione accurata (sperimentale) della funzione è obbligatoria quando si risolve il problema dell'orientamento di un oggetto di navigazione.
È stato sviluppato uno stand per la certificazione di antenne multielemento, che è installato in una piscina idroacustica specializzata e comprende una sorgente di segnali controllati e un sistema di ricezione con una piattaforma rotante di precisione e apparecchiature di misurazione di fase multicanale per segnali come quelli radio impulsi.
È stata sviluppata una tecnologia per la certificazione dell'antenna, che consiste nel misurare sperimentalmente la funzione di fase dell'antenna, determinare funzioni analitiche che approssimano i dati ottenuti e utilizzarle per risolvere equazioni radiogoniometriche, con tabulazione della differenza tra la stima di rilevamento risultante e la sua valore vero (impostato) sotto forma di stima della componente sistematica dell'errore.
Sono state sviluppate e studiate antenne riceventi multielemento per campioni di sistemi esistenti, che forniscono un errore sistematico di circa 0,5 gradi.
Un'analisi comparativa del lavoro di GANS DB e UKB in condizioni di mare poco profondo con installazione fissa Antenna ricevente UKB.
Viene analizzato un metodo per stimare le misurazioni angolari relative basato sull'elaborazione dei dati del telemetro.
Viene dimostrato un metodo per certificare il sistema UCB in mari poco profondi utilizzando un transponder di riferimento basato sull'elaborazione dei dati del telemetro. È dimostrato che con un errore relativo nella misurazione della portata di diversi decimi di percentuale, l'errore nel valore di rilevamento calcolato per un AUV che si muove attorno all'antenna e al faro UCB lungo una traiettoria chiusa non supera un grado.
È stata effettuata un'analisi e le caratteristiche di precisione del sistema UCB sono state determinate sulla base dei risultati del lavoro in condizioni di acque profonde. Come dati di riferimento sono stati utilizzati i dati GANS DB, i dati del sistema di navigazione di bordo e del sensore di profondità e i dati del telemetro. Vengono mostrate la fattibilità dell'analisi della variabilità differenziale dei dati del telemetro per identificare singoli frammenti della traiettoria di movimento dell'AUV e la possibilità di una ragionevole media dei dati angolari durante l'elaborazione della traiettoria. Come risultato dell'analisi, è stata confermata la conclusione che l'errore di misurazione angolare era di circa 0,5 gradi.
Un metodo per eliminare le ambiguità di fase che si verificano quando la dimensione della base di misura aumenta mediante l'elaborazione statistica di segnali multifrequenza è giustificato e testato sperimentalmente.
Sono state sviluppate e studiate sperimentalmente un'antenna ricevente multielemento e apparecchiature per l'emissione (ricezione) di segnali complessi e sono state effettuate stime dell'errore di sistema, che ammonta a decimi di grado.
3. Sono stati studiati metodi e sviluppati mezzi per un sistema ad alta velocità per la trasmissione di informazioni attraverso un canale idroacustico dall'AUV alla nave di supporto.
Sono state condotte ricerche sui metodi per costruire trasduttori piezoelettrici a banda larga e sono stati sviluppati trasduttori cilindrici e ad asta specializzati con particolari caratteristiche di direttività, destinati al funzionamento in apparecchiature di sistemi di comunicazione: è stato proposto un trasduttore cilindrico altamente efficiente con una larghezza di banda fino a tre ottave utilizzando sottili strati corrispondenti di una configurazione a tromba, il cui CV soddisfa i requisiti per il funzionamento in mare poco profondo; viene proposto un convertitore multirisonante per l'emissione e la ricezione di segnali multifrequenza, realizzato sotto forma di un insieme di piezocilindri coassiali; I trasduttori piezoelettrici a pistone con CV unilaterali sono stati proposti per il funzionamento in condizioni di canale di propagazione del segnale verticale.
Viene analizzata la struttura di un sistema di trasmissione dati su un canale di comunicazione multi-raggio con adattamento dello schema di elaborazione per un blocco dati di lunghezza finita. La trasmissione di un blocco di informazioni è preceduta da una procedura di impostazione dei parametri del ricevitore; la dimensione temporale del blocco è determinata dallo stato attuale del canale di comunicazione. Utilizzando metodi di modellazione numerica, vengono analizzate le caratteristiche della scelta di segnali coerenti e viene mostrata la fattibilità dell'utilizzo di un segnale con manipolazione combinata di fase e frequenza.
È stata proposta una metodologia di valutazione risposta impulsiva canale di comunicazione e chiarendo il momento della sincronizzazione trasmettendo ed elaborando una serie di impulsi di fase alternata.
È stato proposto e giustificato uno schema per ricevere segnali da un sistema di comunicazione con un'antenna di navigazione multi-elemento con l'implementazione del filtraggio spaziale. raggio diretto in condizioni di propagazione multipercorso basata sui dati sulla posizione angolare della sorgente dei segnali e sulle interferenze ricevute durante il funzionamento del GANS UKB.
È stata effettuata la ricerca e la possibilità di trasmettere informazioni in un canale di comunicazione multifrequenza con equalizzazione preliminare della risposta in frequenza di ampiezza end-to-end del canale e selezione del messaggio corrente sulla base di un'analisi comparativa dell'energia in ciascuna frequenza canale è stato dimostrato. Studi sperimentali di un tale sistema di elaborazione in condizioni di mare molto poco profondo hanno confermato la possibilità di utilizzare apparecchiature per la trasmissione immagini grafiche con una velocità di circa 3000bps con una bassa probabilità di errori.
4. Per la navigazione a bordo del robot sottomarino è stato sviluppato e integrato nel complesso un registro Doppler.
Sono state effettuate ricerche e sono state sviluppate antenne log specializzate con elevata sensibilità all'eco, ottenuta attraverso un adattamento acustico-meccanico ottimale dei trasduttori piezoelettrici dell'antenna con l'ambiente di lavoro.
Per aumentare la velocità del ritardo, viene proposto e implementato un metodo di elaborazione spettrale di segnali a impulsi brevi, che fornisce una risoluzione ad alta frequenza dovuta alla formazione di lunghe implementazioni quasi coerenti di segnali riflessi. Il metodo consente di determinare le componenti della velocità con dispersione minima in un secondo.
È stato sviluppato un campione sperimentale di un registro Doppler che viene utilizzato come parte di un AUV
È stata sviluppata una tecnica per calibrare il log in condizioni naturali calcolando la velocità dell'AUV utilizzando i dati di telemetria del GANS.
5. Un complesso di navigazione idroacustica è stato sviluppato, testato e testato in operazioni reali, fornendo la formazione di un quadro informativo di navigazione dell'avanzamento della missione a bordo della nave di supporto e dell'AUV, costituito da aiuti alla navigazione idroacustica, trasmissione di informazioni e misurazione della velocità assoluta.
Sviluppato, testato in mari poco profondi e profondi e integrato nel complesso di navigazione GANS UKB, che comprende: una fonte sincronizzata di segnale di navigazione sul posto, un complesso di elaborazione navale con un'antenna ricevente su una fune, un ricevitore GPS. Il sistema ha le seguenti caratteristiche: autonomia - 6-10 km; errore di misurazione del cuscinetto - inferiore a 1 grado; Errore di misurazione della portata: 0,5%. È stata confermata sperimentalmente la possibilità che il sistema operi nella modalità di monitoraggio della posizione di un AUV effettuando un lungo viaggio lungo un oggetto esteso con il movimento di una nave di supporto e trainando un'antenna ricevente ad una velocità fino a 5 nodi.
È stato sviluppato, testato e utilizzato come parte di un apparato collegato un sistema di navigazione UKB ad alta frequenza con la sorgente situata a bordo della nave e il ricevitore sul dispositivo.
Apparecchiature per la trasmissione di informazioni per controllo operativo stato delle operazioni di rilevamento e ricerca nelle acque profonde e nel canale di comunicazione verticale. L'apparecchiatura fornisce la trasmissione dei dati ad una velocità di 4000 bps, con un tasso di errore di circa l'1%, che garantisce la trasmissione di fotogrammi di immagini televisive in 45 secondi.
Un registro Doppler è stato sviluppato, testato e integrato nel sistema di navigazione di bordo, fornendo la misurazione del vettore di velocità assoluta dell'AUV nell'intervallo di velocità di 0-2 m/s con un errore di 1-2 cm/s.
È stata proposta una tecnologia per l'utilizzo del complesso di navigazione:
GANS DB - per lanci multipli di AUV in aree selezionate con ricerca per area con maggiori requisiti di precisione.
GANS UKB in caso di necessità di lunghe transizioni durante il tracciamento di oggetti estesi o bersagli in movimento, in caso di lanci AUV di emergenza, in caso di lanci nascosti.<
DL con calcolo delle traiettorie basato sulla navigazione stimata - quando l'AUV raggiunge un determinato punto, durante un esame aggiuntivo utilizzando sistemi TV.
Il successo del funzionamento del complesso come parte di un AUV è stato dimostrato durante l'esecuzione di operazioni di ricerca reali nell'Oceano.
Ringraziamenti
In conclusione, vorrei esprimere la mia profonda gratitudine a tutti i dipendenti IPMT che hanno preso parte allo sviluppo e al test dei sistemi idroacustici dei veicoli sottomarini. Un ringraziamento speciale all'accademico M.D. Ageev, capi dipartimento B.A. Kasatkin e N.I. Rylov.
CONCLUSIONE
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