гидроакустический зонограф

Формула изобретения

Гидроакустический зонограф, содержащий вычислитель траекторий акустических лучей, блок данных о заглублении гидроакустической антенны и блок памяти скорости звука в морской среде, отличающийся тем, что он содержит последовательно соединенные блок памяти гидроакустических полей объекта, первый и второй входы которого информационно связаны с системой виброакустического контроля объекта и с гидроакустической системой (ГАС) объекта с гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА), вычислитель дальностей обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем (ниже “вычислитель”), блок сопоставления дальностей обнаружения нашего объекта эвентуальным наблюдателем и дальностей обнаружения объектов эвентуального наблюдателя, второй вход которого соединен с трактом прогноза дальностей обнаружения объектов эвентуального наблюдателя гидроакустическими средствами объекта, индикатор зон взаимного обнаружения, выход которого информационно связан с информационной системой объекта, содержит также блок расчета гидроакустических помех у эвентуального наблюдателя, вход которого информационно связан с трактом измерения гидроакустических помех работе гидроакустических средств объекта, а выход - со вторым входом вычислителя, содержит также блок памяти технических характеристик гидроакустических средств эвентуального наблюдателя, вход которого информационно связан с трактом обнаружения гидроакустических сигналов объекта, первый выход которого соединен с третьим входом вычислителя, второй выход соединен со вторым входом блока расчета гидроакустических помех эвентуального наблюдателя, содержит также блок расчета помехоустойчивости гидроакустических антенн эвентуального наблюдателя, вход которого информационно связан с приемным трактом гидроакустических антенн объекта, второй вход соединен с третьим выходом блока памяти технических характеристик гидроакустических средств эвентуального наблюдателя, а выход - с четвертым входом вычислителя, содержит также блок расчета порога обнаружения обнаружителей эвентуального наблюдателя, вход которого информационно связан с гидроакустическим обнаружителем объекта, а выход - с пятым входом вычислителя, содержит также блок расчета потерь при распространении, информационно связанный со скоростемером, волнографом и эхолотом объекта, выход которого соединен с шестым входом вычислителя, также содержит блок управления, первые вход и выход которого соединены с блоком памяти гидроакустических полей объекта, блоком расчета гидроакустических помех у эвентуального наблюдателя, блоком памяти технических характеристик ГАС эвентуального наблюдателя, блоком расчета порога обнаружения эвентуального наблюдателя, блоком расчета потерь при распространении, вторые вход и выход блока управления соединены с вычислителем, третьи вход и выход блока управления соединены с блоком сопоставления дальностей гидроакустического обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем и дальностей обнаружения объектов наблюдателя, четвертые вход и выход блока управления соединены с индикатором зон гидроакустического обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем и зон обнаружения объектов наблюдателя.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроакустической технике, а конкретнее к техническим средствам определения дальности действия гидроакустических средств (В.Н.Матвиенко, Ю.Ф.Тарасюк. Дальность действия гидроакустических средств. - Л.: Судостроение, 1981. – 208 с.). Наряду с задачей построения зон обнаружения, т.е. определения области пространства, в пределах которой гидроакустическое средство может получить информацию о цели с требуемыми качественными показателями (вероятностью обнаружения сигнала от цели, точностью определения координат, вероятностью правильной классификации), в ряде случаев возникает задача определения области пространства, в пределах которой объект не будет обнаружен эвентуальным наблюдателем с требуемыми перечисленными выше качественными показателями (А.П.Вержиковский и др. Краткий словарь по радиоэлектронике. -М.: Воениздат, 1980. - с.136), например, по его подводной шумности. Для этого необходим специальный зонограф.

Известен лучеграф модели 747 фирмы “Едо” (А.Л.Простаков. Гидроакустические средства флота. - М.: Воениздат, 1974. - c.117), который устанавливается на надводных кораблях, подводных лодках и вертолетах ВМС США. Он позволяет получать на экране электронно-лучевой трубки лучевые картины, характеризующие траектории распространения гидроакустических сигналов в конкретных гидроакустических условиях. Лучеграф модели 747 содержит (фиг.1) параллельно-последовательно соединенные блок памяти скорости звука на пяти горизонтах (выбираемых оператором по глубине характерных слоев воды), блок памяти глубины моря (в пределах до 6000 м), блок данных о поглощающих свойствах грунта в акватории, блок данных о заглублении гидроакустической антенны, блок данных о ширине характеристики направленности антенны, определитель траекторий звуковых лучей, индикатор.

Недостатками устройства-аналога являются невозможность построения зоны обнаружения (необнаружения) ввиду того, что не учитываются помехи и параметры обнаружителя, отсутствует учет волнения моря, невысока точность из-за малого объема данных о вертикальном разрезе скорости звука в море.

Известны лучеграфы SP1-04 (голландская фирма “Ван дер Хим Электроникс”), PMS-100 (Великобритания) и др., имеющие построение по типу, приведенному на фиг.1, и имеющие те же недостатки, что и лучеграф 747, приобретенный ВМС США.

Известен лучеграф HCDSR (патент США №3.832.537), построенный на аналоговой технике и содержащий последовательно соединенные аналоговую ЭВМ расчета траекторий акустических лучей, аналоговую ЭВМ расчета дальности обнаружения целей по каждому лучу, регистратор зон обнаружения целей (фиг.2).

Недостатком аналога HCDSR является невозможность построения зон обнаружения объекта-носителя лучеграфа эвентуальным наблюдателем, т.к. не учитываются данные о полях своего объекта и о технических характеристиках гидроакустических средств наблюдателя.

Наиболее близким аналогом, выбранным за прототип, является зонограф по патенту США №4.038.530, являющийся трактом прогноза дальности гидроакустического обнаружителя объектов эвентуального наблюдателя. Прототип содержит (фиг.3) параллельно-последовательно соединенные блок памяти скорости звука, блок данных глубины моря, блок данных о поглощающих свойствах грунта, блок данных о заглублении гидроакустической антенны, вычислитель траекторий акустических лучей, вычислитель дальности обнаружения целей, индикатор зон обнаружения целей, также содержит блок управления, соединенный со всеми цифровыми блоками зонографа - прототипа.

Недостатком зонографа-прототипа является невозможность с его помощью построения зон обнаружения, своего объекта эвентуальным наблюдателем, т.к. в нем не учитываются данные о полях своего объекта и о технических характеристиках гидроакустических средств наблюдателя

Задачей изобретения является создание гидроакустического зонографа, обеспечивающего построение в реальном масштабе времени зон, в которых объект с зонографом будет обнаружен гидроакустическими средствами эвентуального наблюдателя.

Для решения поставленной задачи предлагается изобретение, содержащее так же как и устройство-прототип вычислитель траекторий звуковых лучей и блок памяти скорости звука. В гидроакустический зонограф введены параллельно-последовательно соединенные блок памяти гидроакустических полей объекта, на котором установлен зонограф, информационно связанный с системой виброакустического контроля объекта и с гидроакустической системой (ГАС) с гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА), блок расчета гидроакустических помех у эвентуального наблюдателя, информационно связанный с трактом измерения гидроакустических помех работе гидроакустических систем объекта, блок памяти технических характеристик гидроакустических систем (ГАС) эвентуального наблюдателя, первый выход которого соединен со вторым входом блока расчета гидроакустических помех у эвентуального наблюдателя, причем этот блок памяти технических характеристик информационно связан с трактом обнаружения гидроакустических сигналов (ОГС) объекта, блок расчета помехоустойчивости гидроакустических (г/а) антенн эвентуального наблюдателя, второй вход которого соединен с блоком памяти технических характеристик ГАС эвентуального наблюдателя, причем этот блок расчета помехоустойчивости информационно связан с приемным трактом гидроакустической (г/а) антенны объекта, блок расчета порога обнаружения (коэффициента распознавания) эвентуального наблюдателя, информационно связанный с гидроакустическим обнаружителем объекта, блок расчета потерь при распространении звука в море, информационно связанный со скоростемером, волнографом и эхолотом объекта или трактом расчета передаточной функции морской среды объекта, вычислитель дальности обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем, блок сопоставления дальностей обнаружения объектов эвентуального наблюдателя и дальностей обнаружения нашего объекта эвентуальным наблюдателем, второй вход которого соединен с трактом прогноза дальностей обнаружения (зонографом) объекта, а выход информационно связан с входом информационной системы объекта.

Техническим результатом использования изобретения является построение зон, в которых эвентуальный наблюдатель, используя гидроакустические средства, будет обнаруживать наш объект.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-6.

На фиг.1 приведена блок-схема аналога-лучеграфа модели 747.

На фиг.2 приведена блок-схема аналога-зонографа HCDSR.

На фиг.3 приведена блок-схема прототипа - цифрового зонографа.

На фиг.4 приведена блок-схема предлагаемого гидроакустического зонографа.

На фиг.5 приведена блок-схема соединений устройства управления

На фиг.6 приведена блок-схема блока расчета потерь при распространении.

Гидроакустический зонограф содержит параллельно соединенные блок памяти демаскирующих гидроакустических полей объекта 15, блок расчета гидроакустических помех у эвентуального наблюдателя 16, блок памяти технических характеристик ГАС эвентуального наблюдателя 17, блок расчета помехоустойчивости гидроакустических антенн объектов эвентуального наблюдателя 18, блок расчета порога обнаружения у эвентуального наблюдателя 19, блок расчета потерь при распространении акустических волн в морской среде 20. Блок 17 имеет выходы на блоки 16 и 18.

Входы этих параллельно соединенных блоков 15, 16, 17, 18, 19, 20 информационно соединены с трактом гидроакустической системы объекта, т.е. либо имеют межмашинные интерфейсы, либо используют машинные носители информации, вырабатываемые гидроакустической системой объекта, либо используют “ручной” ввод этой информации. Так, блок 15 соединен с выходом системы виброакустического контроля объекта 25 и с выходом ГАС ГПБА объекта 26. Блок 16 соединен с трактом измерения гидроакустических помех объекта 27. Блок 17 соединен с трактом ОГС объекта 28. Блок 18 соединен с трактом гидроакустической антенны объекта 29. Блок 19 соединен с гидроакустическим обнаружителем объекта 30. Блок 20 соединен со скоростемером объекта 31, волнографом объекта 32 и эхолотом объекта 33. Таким образом, блоки 15, 16, 17, 18, 19, 20 информационно связаны с гидроакустическими системами объекта.

Выходы блоков 15, 16, 17, 18, 19, 20 соединены с последовательно соединенными вычислителем дальностей обнаружения объекта 21, блоком сопоставления дальностей обнаружения объектов эвентуального наблюдателя и дальностей обнаружения нашего объекта эвентуальным наблюдателем 22, второй выход которого соединен с трактом прогноза дальностей обнаружения 14, индикатор зон обнаружения объекта эвентуального наблюдателя и зон обнаружения объектов эвентуальным наблюдателем 23, выход которого информационно соединен со входом информационной системы объекта 34. Блок управления 24 обеспечивает синхронизацию всех блоков устройства.

Работа гидроакустического зонографа осуществляется следующим образом. По результатам сдаточных испытаний объекта в блок памяти 15 заносятся данные о гидроакустических полях этого объекта, т.е. о первичном и вторичном гидроакустических полях при разных режимах движения объекта. В процессе эксплуатации объекта неизменность первичного поля контролируется системой виброакустического контроля объекта 25 и с помощью ГАС ГПБА объекта 26 по характеристике направленности, нацеленной на корму объекта. Пространственная направленность первичного поля объекта имеет устойчивый характер ввиду того, что на низких частотах она обусловлена конструкцией объекта. Поэтому хотя ГАС ГПБД выполняет контроль и измерение первичного поля объекта только в кормовых аспектах, по результатам этого контроля можно судить и о всем угловом распределении первичного поля.

В блок расчета гидроакустических помех в местах расположения гидроакустических антенн 16 заносятся данные о помехах объектового происхождения Р_о, обусловленных его движением, работой механизмов и жизнеобеспечением. Данные о помехах шумов моря Р _ш.м поступают с тракта измерения гидроакустических помех гидроакустических систем объекта 27. В блоке 16 вырабатываются данные о суммарных приведенных к стандартным условиям (частоте 1 кГц, полосе 1 Гц, ненаправленному приему) помехах у объектов эвентуального наблюдателя по алгоритму

Эти данные поступают на блок 21.

В блок памяти технических характеристик гидроакустических систем объектов эвентуального наблюдателя 17 заносятся данные о габаритах гидроакустических антенн, их рабочих диапазонах частот и др. На этот блок 17 поступают данные из блока 28 о работающих гидролокаторах эвентуального наблюдателя: частота, длительность, скважность, модуляция посылок и др. В блоке 17 вычисляют по этим данным с учетом среды данные об излучаемой мощности ГАС объектов эвентуального наблюдателя и др. Все эти данные поступают на вычислитель 21.

В блок 18 поступают данные из тракта г/а антенны объекта 29 о помехоустойчивости антенн объекта. Эти данные используются при расчете помехоустойчивости г/а антенн объектов эвентуального наблюдателя с учетом данных блока 17 о габаритах и частотных диапазонах этих антенн.

В блоке 19 ведется расчет порога обнаружения у объектов эвентуального наблюдателя по данным о пороге обнаружения из гидроакустического обнаружителя объекта 30.

В блоке 20 ведется расчет потерь при распространении по данным от скоротемера объекта 31, который выдает данные о вертикальном разрезе скорости звука. Кроме того, при расчетах используются данные о волнении моря с волнографа 32 и о глубине моря и поглощающей способности дна с эхолота объекта 33.

В вычислителе 21 производится расчет дальностей обнаружения объекта наблюдателя по алгоритмам:

1) дальность обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем по первичному полю вычисляется по формуле

или в логарифмическом виде

-20 logr-.r+10 log A_f>N_n.o+N_n(1,1)-10 log-N _ш(1,1,1)

где Р_ш(1,1,1) и N _ш(1,1,1) - приведенные значения акустического давления и уровня шума соответственно, данные о которых поступают на блок 21 из блока 15;

- затухание в среде, поступающее из блока 20;

А_f - фактор аномалии, поступающий из блока 20;

Р_n (1,1) и N_n(1,1) - приведенные значения акустического давления и уровня гидроакустических помех, поступающие из блока 16;

и N_n.o - коэффициент распознавания и порог обнаружения соответственно, поступающие из блока 19;

- коэффициент помехоустойчивости, поступающий из блока 18;

r₀ - единичное расстояние

2) дальность обнаружения объекта наблюдателя r_э по вторичному полю вычисляется по формуле:

или в логарифмическом виде

2[-20 logr_э -r _э+10 logA_f]>N_k.p+N_n (f_э, f)-T _э-N_c,

где P₀ - давление, развиваемое гидролокатором на единичном расстоянии r₀ , данные о котором поступают из блока 17;

и N_k.p - коэффициент распознавания и порог обнаружения соответственно, данные о которых поступают из блока 19;

P_n(f_э, f) и N_n(f, f) - акустическое давление и уровень помех в рабочей полосе ГАС эвентуального наблюдателя соответственно, данные о которых поступают из блока 16;

R_э и Т_э - эквивалентный радиус и сила цели соответственно, данные о которых поступают из блока 15;

N_с - уровень излучения, данные о котором поступают из блока 17.

Расчеты дальностей обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем производятся для разных глубин возможного погружения объекта, что позволяет экипажу объекта выбирать оптимальную глубину с точки зрения повышения скрытности действия объекта.

В блоке 22 производится сопоставление дальностей обнаружения эвентуального наблюдателя и дальностей обнаружения объектов эвентуальным наблюдателем. По этим данным вырабатываются рекомендации экипажу объекта по повышению скрытности действия объекта или по занятию выгодной позиции для обнаружения объектов эвентуального наблюдателя.

Данные о зоне обнаружения объекта эвентуальным наблюдателем и зоне обнаружения объектов эвентуального наблюдателя и об их сопоставлении, вырабатываемые в блоке 22, отображаются на индикаторе 23. Эти данные поступают также в информационную систему объекта 34.

Блок управления 24 (фиг.5) обеспечивает синхронизацию работы всех блоков устройства.

Построение блоков устройства известно из практики гидроакустической техники.