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

зависит от угла раствора а, характеристики направленности и угла падения 0. Минимальное заглубление объекта d уменьшается с увели­ чением угла 0 (рис. 1.6, в).

Для поиска объектов на грунте и различных гидрографических исследований в иностранных флотах применяются гидролокаторы бокового обзора [24, 106]. В гидролокаторах этого типа диаграмма направленности (рис. 1.7) ориентирована перпендикулярно продоль­ ной оси носителя. Она имеет узкий раствор в горизонтальной плоскости х — у и широкую диаграмму направленности в вертикальной плоскости

Z — 1J.

В процессе поиска объектов после этапа обнаружения следует этап распознавания. В ряде случаев разрешающая способность систем

У

Рис. 1.7. Схема бокового обзора

обнаружения оказывается недостаточной для распознавания объектов. Тогда прибегают к использованию средств подводного фотографиро­ вания. Так, при поисках подводной лодки «Трешер», после обнаруже­ ния обломков в предполагаемом районе ее гибели, было произведено уточнение их принадлежности «Трешеру». При этом средства под­ водного телевидения оказались неэффективными. Принадлежность отдельных обломков «Трешеру» была установлена по анализу фото­ снимков, сделанных в количестве более 20 тыс.

Несмотря на определенные недостатки подводного телевидения, оно, тем не менее, широко используется при поисках затонувших предметов и осмотре придонных слоев океана. Телевизионные уст­ ройства входят, как правило, в комплекты поисковой аппаратуры.

Наряду с телевизионными системами, в последние годы начали раз­ рабатываться и проходить испытания системы звуковидения и соно­ графии. Подводные звуковизоры представляют собой устройства, преобразующие акустические сигналы в электрические. Они дают

16

возможность получить телевизионное изображение обследуемого пред­ мета. Приемно-излучающая система состоит из гидроакустического излучателя и приемной звуковой линзы. Зондирующие импульсы вы­ сокой частоты, отражаясь от элементарных участков цели, поступают на приемную линзу. Они фокусируются на соответствующий участок сложной системы приемников. Набор приемников отображает с опре­ деленным разрешением экран телевизионного индикатора. Считывая сигналы с приемников поочередно и подавая их после усиления на индикатор, можно получить телевизионное изображение обследуемого предмета.

Трудности в применении подводного звуковидения связаны с не­ обходимостью использования высоких частот порядка нескольких мегагерц, имеющих значительный коэффициент затухания в морской воде. Последнее ограничивает дальность действия систем до нескольких метров.

К современным способам ближнего распознавания могут быть также отнесены сонографические устройства, использующие принципы голо­ графии с заменой монохроматического пучка света гидроакустическим лучом. Следует ожидать, что сонография позволит создавать системы распознавания, которые будут иметь преимущества перед телевизион­ ными. Однако практическая реализация сонографических устройств встречает затруднения, связанные со значительной сложностью аппаратуры.

В 1970 г. лабораторией «Columbia Broadcasting System» было раз­ работано сонографическое устройство для получения трехмерного динамического изображения подводной обстановки [99]. Однако дальность его действия оказалась чрезвычайно малой и практического применения устройство не нашло.

При поиске морских объектов используются комбинированные системы, в которых один из каналов делается дежурным для вклю­ чения другого канала. Такая система была, например, использована при поиске подводной лодки «Трешер», когда магнитный канал был включающим для канала фотографирования.

Наряду с совершенствованием описанных устройств, ведутся ра­ боты по созданию оптического устройства распознавания [55]. Уст­ ройство предназначено для визуального обследования затонувших объектов, например .подводных лодок. В отличие от устройств, осно­ ванных на гидроакустических принципах подводного видения, опти­ ческое устройство имеет более высокую разрешающую способность. Оно позволяет различать цвета, надписи на затонувших объектах.

Разнообразие условий поиска потребовало разработки вспомога­ тельной аппаратуры различного типа. Специфика этих условий пред­ определяет и требования к вспомогательной аппаратуре. В одних слу­ чаях необходимо обнаружить затонувший предмет и точно обозначить

необходимость непосредственного контакта с ним с целью спасения эки­ пажа или подъема объекта на корабль. При использовании букси­ руемых или самоходных подводных аппаратов и наведении их на объект2

поиска необходимо знать относительное положение трех объектов: обеспечивающего корабля, поискового подводного аппарата и искомого

объекта.

Решение задачи поиска в части навигационного обеспечения сво­

дится к следующему:

— известными методами навигации определяется место обеспечи­

вающего корабля;

— в относительной системе координат, связанной с кораблем, уста­ навливается текущее место подводного аппарата по отношению к ко­

раблю;

— определяется положение предмета поиска в системе координат, связанной с подводным аппаратом.

Рис. 1.8. Схема буксировки поискового аппарата

В качестве примера укажем на способ ориентации буксируемого аппарата [55]. Этот способ требует кабельного канала связи (рис. 1.8). Для обеспечения измерений буксируемый аппарат 1 имеет гидроакусти­ ческий излучатель 2, ориентированный на гидроакустический приемник корабля 3 и гидростатический датчик глубины 5. По кабель-тросу 4 на излучатель от корабельного генератора поступает частотно-модули- рованный сигнал. Электрический сигнал преобразуется излучателем в акустический и передается в направлении приемника. Определение пеленга а осуществляется по сигналам излучателя путем поворота приемника. Величина наклонной дальности I определяется по разности характеристик переданного и принятого частотно-модулированного сигнала. Глубина буксировки аппарата h определяется по показаниям датчика глубины, которые передаются на корабль по кабель-тросу в кодированном виде. По текущим значениям а, I и h на корабле опре­ деляются координаты аппарата относительно корабля. Рассмотренная

18

система ориентации позволяет получить точность по пеленгу 0,5—1° и по дистанции 0,3—0,5 м.

Контроль и дистанционное управление морскими объектами. От­

дельную группу радиоэлектронных систем морских объектов состав­ ляют системы контроля и дистанционного управления различными подводными средствами. В задачу этих систем входит: ■

—передача командных сигналов на подводные установки;

—контроль за состоянием установки и за исполнением командных сигналов отдельными узлами механизмов;

—передача результатов подводных измерений на обеспечивающий корабль с целью корректировки командных сигналов;

1

— проверка состояния подводных сооружений — трубопроводов, гидротехнических сооружений и т. п.

Типичная для рассматриваемой группы систем схема работы пока­ зана на рис. 1.9. В системе используется гидроакустический канал связи.

Обеспечивающий корабль 1 имеет корабельную 2 или буксируе­ мую 3 гидроакустическую приемно-излучающую систему. Ответные сигналы поступают от радиоэлектронной системы управляемого объекта 4. В систему входит автономный контейнер 5 с гидроакусти­ ческой приемно-излучающей системой 6. Аппаратура контейнера обес­ печивает передачу командных сигналов на соответствующие элементы работающего механизма, сбор данных с датчиков, контролирующих состояние управляемых элементов механизма, и другую информацию. Опрос датчиков производится оператором с обеспечивающего корабля через пульт управления.

Большое внимание при разработке рассматриваемых систем обра­ щается на их помехоустойчивость.

В системах «Ratac-5600» и «Ratac-1200» (США), первая из которых предназначена для разведки и добычи ископаемых со дна, а вторая —

для океанографических исследований, кодирование командных сиг­ налов производится четырьмя различными частотами [109]. Команд­ ному сигналу соответствует комбинация из двух частот. Кроме того, каждая команда формируется из шести двухчастотных импульсов

сопределенной длительностью импульсов и интервалов между ними.

Всистеме «Ratac-5600» формируется 56 команд. В системе «Ratac1200» образуется 12 команд.

Одновременная передача сигналов на двух частотах и временная

селекция импульсов позволяет выделить рабочий сигнал на фоне по­ мех. Кроме того, приемный канал оказывается защищенным от широ­ кополосных шумов и импульсных помех.

Для передачи информации от датчика на обеспечивающий ко­ рабль используются семь несущих частот. Частоты передаются по­ следовательно. Каждая из них соответствует определенному разряду семизначного двоичного кода. Присутствие в передаче данной частоты означает передачу единицы разряда, а ее отсутствие — нуля. Система позволяет передачу 128 сообщений или 128 уровней квантования одной величины.

В приемной аппаратуре обеспечивающего корабля информация поступает на семь узкополосных фильтров, согласованных по частоте с несущими частотами передачи. После фильтров сигналы поступают на интеграторы, а оттуда в блоки памяти и преобразователи последо­ вательного кода в параллельный. Затем параллельный код преобра­ зуется в цифровой десятичный код и регистрируется на счетчике.

Оператор имеет возможность с помощью пульта управления про­ изводить опрос всех датчиков управляемого объекта и выводить ин­ формацию на визуальный индикатор или записывать в блок памяти. Информация из блока памяти может быть в любое время считана и вы­ ведена на индикатор.

В системе TELTAC (Франция) [62], предназначенной для работы с буровыми подводными установками, пульт управления позволяет осуществлять поворот корабельной приемно-изЛучающей системы

вгоризонтальной и вертикальной плоскостях.

Вподводном автономном контейнере также предусмотрена возмож­ ность ориентации характеристики направленности приемно-излучаю- щей системы в требуемом направлении.

Помехоустойчивость гидроакустического канала обеспечивается следующими мерами:

—сигнал запроса формируется из двух частей;

—для каждой цифры и команды выделяются поднесущие частоты;

—каждому элементу сообщения дают свои порядковые номера;

—используется специальный сигнал для обозначения длины со­ общения.

Приемный тракт аппаратуры управляемого объекта, например буровой установки, работаетвтрехрежимах: дежурном, прослушивания и связи. В дежурном режиме воспринимается первая часть сигнала запроса в виде немодулируемого сигнала несущей частоты (f = 20 -ь 30 кГц; т = 3 с). По этому сигналу аппаратура контейнера перево­

дится в режим прослушивания.

20

В режиме прослушивания с обеспечивающего корабля передается вторая часть сигнала запроса. Эта часть сигнала является позывным запрашиваемой буровой установки. Буровая установка переводит ап­ паратуру в режим двусторонней связи. Все остальные установки, включенные первым сигналом в режим прослушивания, по истечении двух минут автоматически возвращаются в дежурный режим.

Ответный сигнал буровой установки в режиме двусторонней связи также состоит из двух частей: первая часть представляет собой позывной установки, а вторая часть — информацию о состоянии того или иного механизма буровой установки. Принятая информация об­ рабатывается бортовой аппаратурой судна и поступает на индикатор в виде цифрового кода. По данным обработки полученной информации на контейнер передаются команды управления. В конце связи аппара­ тура буровой установки по команде или автоматически (через 2 мин) переходит в дежурный режим.

Передача информации о состоянии установки представляет собой сообщение из двух частей. Первая часть включает сведения о резуль­ татах аналоговых измерений контролируемых параметров установки.

Вторая часть сообщения включает сведения дискретного харак­ тера: включено, выключено, открыто, закрыто и т. д. Оно кодируется номерами сообщения с помощью четырехразрядного равномерного кода С использованием всех четырех поднесущих частот.

Рабочая глубина системы TELTAC составляет 300 м. Ее дальность действия 5500 и 11 000 м.

Система SC-1 (США) предназначена для контроля подводных бу­ ровых установок, управления механизмами скважин, обслуживания нефтехранилищ, освобождения притопленных буев и т. п. Рабочая частота системы от 5 до 15 кГц, дальность действия 5500 м, число ка­ налов 22, вид модуляции сигналов — КИМ — ЧМ [62 I.

Система NIO (Англия) [62] предназначена для включения акусти­ ческих маяков, открытия и закрытия траловой сети, отделения от якорей притопленных буев. В качестве кода команд в системе исполь­ зуются фиксированные значения поднесущих частот. Частотная мо­ дуляция несущей и большая длительность командного сигнала, по мнению авторов разработки, обеспечивают наибольшую помехоустой­ чивость системы в условиях воздействия па приемник шума моря. Использование сферического титанато-бариевого приемника в кон­ тейнере позволяет обеспечить работу системы на глубинах до 5000 м.

Дополнительным мероприятием обеспечения высокой помехоустой­ чивости системы является применение в приемном тракте контейнера трех ступеней фильтрации сигнала.

Кроме частотной, в приемном канале имеется временная фильтра­ ция, заключающаяся в том, что исполнительное реле срабатывает с выдержкой времени после появления сигнала. В соответствии с уста­ новленной выдержкой времени выбирается длительность командного сигнала, которая должна быть несколько больше выдержки времени. В схеме исполнительного реле имеется прибор кратности. Поэтому окончательное выполнение задачи система может осуществить лишь с получением заданного прибором кратности числа команд.

21