Файл: Аграновский, К. Ю. Основы теории радиоэлектронных систем морских объектов.pdf

ЧАСТЬ I ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

О РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ

ГЛАВА 1 СОВРЕМЕННЫЕ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ

СИСТЕМЫ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ

Современные морские объекты разнообразны по своим принципам действия и конструкциям. Их удобно классифицировать по назначе­ нию. При такой классификации могут быть выделены следующие ос­ новные группы подводных средств:

—аварийно-спасательные;

—промышленные;

—рыбопоисковые;

—для океанографических исследований;

—военного назначения для обнаружения и поражения подводных

лодок и надводных кораблей.

Следует заметить, что разнообразие устройств морских объектов и решаемых ими задач не позволяет провести их строгую классифика­ цию. Поэтому классификация морских объектов по назначению ус­ ловна. Так, многие современные подводные средства являются много­ целевыми. Они предназначены для выполнения нескольких задач.

§1.1. РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫХ,

ПРОМЫШЛЕННЫХ И РЫБОПОИСКОВЫХ СРЕДСТВ

1.1.1.Аварийно-спасательные и промышленные средства

Общая характеристика аварийно-спасательных и промышленных средств. Аварийно-спасательные и промышленные операции охваты­ вают широкий круг задач. К таким задачам относятся поиск и обна­ ружение затонувших предметов, спасение личного состава потерпев­ ших аварию подводных лодок, разведка полезных ископаемых и др.

Различные типы морских объектов, предназначенных для выполне­ ния этих задач, схематично показаны на рис 1.1 [881. В пределах мелководного шельфа используются стационарные исследовательские станции 1, гидроакустические буи-ответчики 2, подводные зарядные станции 3, обитаемые морские лаборатории 4. На этих же глубинах применяются с обеспечивающих судов контейнеры для транспорти­ ровки личного состава 5, средства водолазного обеспечения 6, средства

9

безводолазного подъема затонувших предметов 7, обитаемые аппараты якорного типа 8.

На больших глубинах создаются стационарные обитаемые «пещеры» 9 для отдыха личного состава.

В качестве спасательных средств используются глубоководные самодвижущиеся аппараты 10, которые базируются на подводном транспорте 11. Через аппаратуру радиогидроакустического буя 12 осуществляется связь подводных аппаратов с береговыми базами и кораблями. На рис. 1.1 показаны также самоходные аппараты 13 для работы на очень больших глубинах.

Перспектива развития подводных аппаратов предполагает широкое использование морского дна. Так, например, предусматривается раз­ мещение на дне гидроакустических буев-ответчиков или приемных систем гидроакустических станций для обнаружения судов и наблю­ дения за их движением. Предполагается также установка на дне средств навигационного обеспечения и средств связи.

Планируется постройка глубоководных океанских баз подводных лодок [55]. Предполагается организация обитаемых подводных лабо­ раторий и создание постоянно действующих глубоководных научноисследовательских станций [88].

Подводные средства промышленного назначения включают раз­ личные устройства, используемые для осмотра подводных трубопро­ водов, оборудования подводных скважин, взятия проб со дна и т. п. [93]. Раньше такие операции возлагались на водолазов.

10

Примерами современных морских объектов многоцелевого назначе­ ния являются подводные аппараты «Vickers Pisces» (Англия) и «Pis-

ces-П» (Канада).

Самоходный подводный аппарат «Vickers Pisces» рассчитан на ра­ боту в глубинах до 1100 м. С помощью этого аппарата был выполнен большой комплекс работ. Проведены киносъемки на глубине 480— 720 м, геологические исследования, взятие проб грунта с глубин 400 м, обследован трубопровод на глубине 25 м и другие работы.

Для проверки подводных трубопроводов аппарат имеет специаль­ ную ультразвуковую установку. Предполагается также, что аппарат позволяет снабжать экипажи поврежденных подводных лодок пищей

и воздухом. В носовой части аппарата находится телевизионная уста­ новка для наблюдения за процессом производства подводных работ. Наблюдение за экраном осуществляется оператором. Данные наблю­ дения передаются на обеспечивающий корабль или береговую базу. Обмен информацией между аппаратом и обеспечивающим кораблем или береговой базой осуществляется с помощью радиогидроакустических буев.

Рабочая частота гидроакустической станции аппарата равна 155 кГц. Предусмотрена возможность установки дополнительного остронаправленного приемника для поиска затонувших предметов, снабженных звуковым отметчиком.

Для аппарата разработаны две системы ориентации (рис. 1.2):

система SPATE (Submarine Position and Tracking Equipment) для опре­ деления направления движения и положения аппарата относительно обеспечивающего корабля 4 и система PINS (Pisces Interin Navigatio­ nal System) для ориентации аппарата относительно фиксированных точек в районе его работы.

11

Система SPATE содержит три гидроакустических преобразова­ теля 1, 2, 3, жестко связанных с корпусом корабля, из которых сред­ ний 2 работает в режиме излучения, а два других 1,3 в режиме при­ ема. Сигналы излучателя вызывают автоматическое включение акусти­ ческого ответчика 7, установленного на аппарате. Сигнал ответчика принимается приемниками 1 и 3. По времени прохождения сигнала и известной глубине нахождения аппарата рассчитывается его местопо­ ложение. Система SPATE включает также дополнительный канал ко­ мандного управления аппаратом.

Система PINS использует для ориентации акустические буи-от­ ветчики 6, сбрасываемые на дно моря в районе, подлежащем обследо­

7

+

Рис. 1.3. Использование аварийно-спасательных средств

ванию, в определенной последовательности. Оператор подводного ап­ парата последовательно запрашивает ответчики и, ориентируясь на их сигналы и показания гирокомпаса, определяет направление движения аппарата. Двигаясь параллельными галсами от ответчика

кответчику, аппарат обследует всю заданную площадь.

Кнедостаткам аппарата «Pisces» следует отнести влияние на от­ ветчики шума винтов корабля 8, сигналов подводного телефона 5 и других помех, которые уменьшают точность ориентации.

Аппарат «Pisces-П» [111] имеет длину 7 м, ширину 3 м, высоту 3 м. Вес аппарата около 10 т. Команда состоит из трех человек. Глубина

погружения аппарата около 1000 м. Максимальная скорость хода — 4 узла. Аппарат предназначен для спасения затонувших торпед на глубинах до 700 м и установки исследовательской аппаратуры в районе Северного магнитного полюса. Для аппарата разработана специальная радиоэлектронная система для определения направления его движе­ ния.

12

Развитие подводного флота привело к необходимости создания средств спасения экипажей из затонувшей подводной лодки [94]. Комплекс аварийно-спасательных средств (рис. 1.3) включает обеспе­ чивающий корабль 1, радиогидроакустические буи 7, устанавливаемые с корабля или сбрасываемые с самолета в предполагаемом месте ава­ рии, самоходные или телеуправляемые, обитаемые или необитаемые аварийно-спасательные аппараты 3 и 5. На рисунке показана затонув­ шая подводная лодка 4 и подводная лодка 6, используемая в качестве носителя аварийно-спасательного аппарата. Наиболее распространены глубоководные аппараты DSRV (Deep submergence rescue vehicle)

[ 88].

Упрощенная схема такого аппарата без средств управления движе­

шей подводной лодкой и люка 5 для перехода личного состава. Вес аппарата около 30 т. Рабочая глубина

погружения до 1500 м. Дальность плавания около 30 миль при скорости судна 3 уз. Экипаж — три человека. Миниатюрная инерциальная система управления движением и бортовая ЭВМ обеспечивают опера­ тору получение достаточно точных данных для счисления пути и оп­ ределения местонахождения аппарата. На ЭВМ поступают и стати­ стически обрабатываются сигналы от буев-ответчиков, датчиков глу­ бины и скорости, имеющихся на аппарате. Результаты обработки используются для расчета положения, глубины и скорости аппарата.

Посадка аппарата на комингс-площадку затонувшей подводной лодки производится с помощью гидроакустической станции аппарата, его телевизионной установки при визуальном осмотре места посадки, освещенного прожекторами аппарата. Аппарат имеет также механи­ ческий манипулятор для захвата предметов с грунта.

В другом варианте аварийно-спасательной операции (см. рис. 1.3) обеспечивающий корабль катамаранной конструкции оснащается спе­ циальной гидроакустической поисковой системой с кормовыми и но­ совыми приемниками. В районе поиска с корабля или самолета сбра­ сываются радиогидроакустические буи 7, которые передают необхо­ димую информацию для ЭВМ, имеющейся на борту обеспечивающего корабля, для управления глубоководным аварийно-спасательным аппаратом 3 [90].

Аппарат транспортируется в район потопления на верхней палубе корабля. Спуск его в воду осуществляется на специальной платформе 2. По окончании операции снятия экипажа с затонувшей подводной лодки аппарат обнаруживает платформу, на которую должен возвратиться, по работе акустических маркерных ответчиков и мощных светильников, которыми она оснащена.

13

Если обеспечивающим кораблем является подводная лодка, то обратный рейс включает встречу и операцию стыковки спасательного аппарата с обеспечивающей подводной лодкой.

В дополнение к системе ориентации по счислению аппарат имеет радиоэлектронную систему точной ориентации по сигналам буев-ответ- чиков. Буи-ответчики сбрасываются в определенной последователь­ ности с обеспечивающего корабля в районе предполагаемого потопле­ ния подводной лодки. Сигналы запроса посылаются гидроакустической станцией аппарата. Аппарат имеет два маркерных ответчика, устанав­ ливаемых для ориентации при возвращении к обеспечивающему ко­ раблю.

Ориентация по сигналам ответчиков осуществляется использова­ нием одного или группы ответчиков [94]. Последний случай показан на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Ориентация по глубоководным ответчикам

1 — аппарат DSRV; 2 — сигналы от ответчиков; 3 — траектория движения аппарата; 4 — зона обзора водного пространства поисковыми приборами аппарата; 5 — буи-ответчики

Каждый ответчик имеет свой кодированный сигнал или отличную от других ответчиков рабочую частоту. Положение аппарата опреде­ ляется путем измерения расстояний между ним и каждым из ответчи­ ков по времени прохождения акустического сигнала. Решение геомет­ рической задачи о взаимном положении ответчиков и аппарата весьма сложно. Ошибки из-за рефракции, аномалий распространения сигнала и других помех велики.

Поиск морских объектов при аварийно-спасательных и промышлен­ ных операциях. Основой проведения аварийно-спасательных и про­ мышленных операций является решение задачи поиска затонувшего предмета (например, аварийной подводной лодки) или поиска района, в котором должны проводиться промышленные работы (например, ремонт трубопровода). Процесс поиска требует осмотра некоторого объема водного пространства или поверхности дна моря. Эффективность поиска оценивается вероятностью обнаружения предмета поиска за кратчайшее время. Она определяется техническими характеристи­

14

нами подводного аппарата и расположенной на нем радиоэлектрон­ ной системы.

К основным поисковым характеристикам подводного аппарата относятся:

—предельная глубина поиска;

—скорость и траектория поиска;

—зона обнаружения радиоэлектронной системы, т. е. простран­ ственная область, в пределах которой осуществляется обнаружение предмета поиска (район поиска обычно существенно превосходит по своим размерам зону обнаружения);

Рис. 1.6. Двухчастотная система обнаружения

— разрешающая способность радиоэлектронной системы, обеспе­ чивающая распознавание предмета поиска от других предметов.

Одной из разновидностей систем поиска является гидроакустичес­ кая система, описанная в патентной литературе США.1 Система пред­ назначена для обнаружения и определения расстояний до предметов, лежащих на дне или на небольшой глубине в грунте.

Характеристика направленности системы формируется на двух различных частотах /у и / 2. Она имеет вид, показанный на рис. 1.6, а. Для каждой из рабочих частот имеется свой приемный канал, включаю­ щий блок обработки поступающей информации и аппаратуру управле­ ния. Обнаружение объектов плавающих и лежащих на грунте осу­ ществляется на более высокой частоте, а объектов в грунте — на более

15