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

искусственных спутников Земли [92, 56]. Телеметрическая информа­ ция должна передаваться на спутники по радиолинии системой ста­ ционарных и дрейфующих буев и ретранслироваться на наземные вы­ числительные центры. Предполагается осуществить проект, предусмат­ ривающий опрос 3000 буев дважды в сутки со спутника на полярной орбите высотой 1100 км. Предполагаемый объем единичного сообщения 800 бит. Мощность передатчика на буе 10 Вт. [51 ].

Перейдем к краткому описанию наиболее характерных приборов, используемых при океанографических исследованиях.

Приборы для измерения температуры воды на различных глубинах

(модели MO.20/R1 и MO.20/R2, Англия). В качестве датчика темпе­ ратуры используются два переменных терморезистора, величина со­ противления которых меняется от 50 до 500 Ом в зависимости от тем­ пературы. Приборы могут опускаться на глубину до 2000 м и изме­ рять температуру с точностью ±0,1% в пределах от —10 до +40° С. Полученные при этом аналоговые величины преобразуются в дискретные данные при помощи электромеханического преобразователя и записы­ ваются на ленту регистратора. В приборе используются запоминающие устройства и средства обработки данных, емкость которых обеспечи­ вает проведение 55 тыс. измерений в течение 80 дней при максимальной скорости до 12 измерений в час.

Другой датчик температуры модели 4005 (Англия) представляет собой платиновый терморезистор с аналого-частотным преобразова­ телем. Выходной сигнал с амплитудой 1,4 В+20% занимает полосу частот от 2127 до 4193 Гц. Он передается по одножильному кабелю на регистрирующее устройство. Диапазон измерения температур от —2 до +35° С с точностью ±0,02°. Прибор размещен в стальном контей­ нере 088,9 мм, длиною 595 мм. Он испытан на давление 880 атм. Посто­ янная времени термометра 0,35 с. Питание прибора осуществляется постоянным напряжением 27 В ±10% и током 20 мА.

Приборы для измерения температуры, солености воды и глубины погружения. Автономный прибор для измерения и записи температуры, солености и глубины (модель 9030) разработан фирмой «Вissett Berman Согр.». Прибор представляет собой гидрологический зонд, опускаемый на тросе на глубину до 6000 м. Датчиком температуры служит плати­ новый терморезистор, датчиком солености — катушка индуктивности с автоматической компенсацией по температуре и глубине.

Датчик глубины имеет диапазоны 0—500, 0—1000, 0—2000, 0—4000, 0—6000 м. Точность измерения глубины составляет 0,25%. Регистра­ ция информации в приборе осуществляется на семидорожечный маг­ нитофон. Прибор выполнен в виде цилиндра из алюминиевого сплава 0150 мм и длиною 940 мм для глубин до 6000 м, вес прибора в воз­ духе 70 кг. Электропитание прибора осуществляется от батарей.

Модель 9045 — глубоководная система аналогичного прибора, раз­ работанного той же фирмой, предназначена для измерения и получения непрерывной записи температуры, солености, скорости распростра­

32

нения звука и глубины. Предполагается установка прибора на оби­ таемых и необитаемых глубоководных аппаратах, а также на буях. Прибор выпускается в двух модификациях: для работы на глубинах до 3000 и до 9000 м.

В датчиках использованы аналого-частотные преобразователи. В датчике температуры диапазон частот выходного сигнала 2400— 4250 Гц, в датчике солености 6—8 кГц, в датчике глубины 10—11,5 кГц, в датчике скорости звука 14—16 кГц. Диапазон измерения скорости звука 1400—1600 м/с, точность измерения ±0,3 м/с.

Измерение всех параметров производится через 2 с. Плотность записи на магнитную ленту 80 бит на 1 см. Скорость записи 50 бит/с. Питание осуществляется постоянным током 24—32 В.

Гидроакустическая система для измерения толщины льда. Система имеет два наклонных гидроакустических преобразователя. Один ра­ ботает в области ультразвуковых частот (50—100 кГц) и обеспечивает измерение расстояния до нижней кромки льда; другой — низкочастот­ ный (5—15 кГц) обеспечивает измерение толщины льда [85].

Глубоководные гидроакустические зонды. Ряд гидроакустических устройств предназначается для исследования больших глубин океана. Приборы моделей 250 и 260В применяются совместно с судовой бати­ метрической аппаратурой. Приборы обеспечивают точное измерение величины отстояния аппаратуры от дна океана. Аппаратура действует по принципу гидроакустического эхолота. Прочный корпус прибора позволяет погружать его на глубины до 11 000 м. Рабочая частота 12 кГц. Длительность импульса переменная. Она имеет три фиксиро­ ванных значения от 0,3 до 2,0 мс. Уровень выходного сигнала ~ 100 дБ. Периодичность посылок 1 с. Источником питания является никелькадмиевая батарея со сроком службы 40 ч.

Система сбора гидрометеорологической информации. Автоматиче­ ская система регистрации и передачи океанографической и метеороло­ гической информации «Norpac» [56] включает в свой состав 10 стан­ ций, выставляемых в океане сроком на один год и более. В каждую станцию входит один большой буй диаметром 12,2 м и четыре малых буя. Буи могут выставляться на глубины до 5500 м. Аппаратура боль­ шого буя рассчитана на использование до 100 различных датчиков, производящих каждый час замеры по пяти программам. Имеется ап­ паратурная память — долгосрочная до одного года и краткосрочная до 24 ч. Текущая информация регистрируется на магнитную ленту и автоматически четыре раза в сутки или по запросу передается на бере­ говой информационный центр. Для автоматического сбора и обработки глобальной океанографической информации в США создается система

SOP (Spaceraft Oceanography Project). Система должна позволить кораблям в любое время суток получать сведения о гидрологических данных района плавания.

Глубоководные измерительные капсулы. У гидрологических служб ряда стран имеются глубоководные капсулы, которые опускаются на грунт для сбора океанографических данных (колебания давления, тем­ пературы, скорости течения и т. д.). Капсулы остаются на грунте несколько месяцев. Запись регистрируемых данных производится на

33

магнитную ленту. Капсулы всплывают на поверхность при получении акустического сигнала с обеспечивающего корабля.

Плавающие и якорные гидрометеобуи. Плавающие буи фирмы

«General Dynamics» (США) оборудованы аппаратурой, имеющей 100 ка­ налов для сбора океанографической информации и телеметрической аппаратурой для ежесуточной передачи накопленных за 24 ч данных [51 ]. Другая аналогичная по назначению система состоит из четырех якорных буев и береговой телеметрической станции для получения сведений о температуре воздуха, скорости и направлении ветра, дав­ лении воздуха, высоте волн, температуре воды на поверхности моря и различных глубинах и направлении течения. Сбор и обработка дан­

Созданы образцы якорной автоматической метеостанции NOMAD (Navy Oceanographic Meteorological Automatic Device). Станция имеет ядерный источник энергии мощностью 4 кВт [84].

1.2.3.Системы навигационного

игидрографического назначения

Фирмой «Presearch» (США) разработаны три типа гидроакусти­ ческих систем «Sonafix» для акустических измерений и навигации глу­ боководных аппаратов, с дальностью действия до 1000 м [110].

Система типа ARI-102 имеет два гидроакустических излучателя фиксированной частоты, один из которых располагают на корабле, а второй устанавливают в контрольной точке. Работа излучателей синх­ ронизируется посредством радиолинии. В моменты отсчета времени подводный аппарат передает акустические импульсы, которые при­ нимаются аппаратурой контрольной точки и служат исходными дан­ ными для расчетов местоположения подводного аппарата.

Система типа ARI-102B состоит из корабельной гидроакустической аппаратуры и гидроакустического буя. Она предназначена для обеспе­ чения точного кораблевождения малых глубоководных аппаратов.

Система типа AR1-202 предназначена для дальномерных измерений при ходовых испытаниях подводных лодок с привязкой к некоторому числу контрольных точек измерения.

Другим примером системы для навигации и управления глубоко­ водных аппаратов может служить система, использующая допплеров­ ский эффект [94].

Система имеет в числе различных датчиков ультразвуковые доппле­ ровские измерители, данные которых наряду с данными от миниатюр­ ной точной инерциальной платформы и других устройств поступают на центральное вычислительное устройство измерительного комплекса. Это устройство определяет координаты местоположения, глубину погружения, скорость движения аппарата и вырабатывает сигналы управления. Система одного из спасательных аппаратов глубоковод­ ного погружения DSRV включает четырехлучевой гидроакустический допплеровский локатор, измеряющий путевую скорость аппарата при

34

движении его вблизи дна по продольной и поперечной составляющим. Ошибка в определении местоположения резко возрастает с увеличением расстояния аппаратуры от дна.

Разработаны специальные подводные буи для обеспечения навига­ ции управляемых подводных аппаратов в пределах континентального шельфа. Буи передают акустические сигналы каждые 3 с на частоте f = 8,33 кГц. Навигационная аппаратура на подводном аппарате по­ зволяет по пеленгу и дистанции определить его местоположение с точ­ ностью до 1,5 м [12].

Одна из конструкций акустического отметчика для движущихся подводных объектов 1 имеет постоянный магнит, с помощью которого он прочно прикрепляется к корпусу объекта, и гидродинамический генератор. Последний представляет собой молоточек на гибком стержне, который приводится в действие потоком воды при движении объекта и ударяет о его корпус. Звуковые колебания, создаваемые ударами молоточка, принимаются гидроакустической аппаратурой корабля или вертолета, наблюдающих за движением объекта под водой. По частоте колебаний молоточка определяется скорость движения объекта.

Применяются гидролокационные станции с боковым обзором для изучения структур морского дна [97 ]. Излучатель гидролокатора фор­ мирует узкий луч в горизонтальной плоскости и широкий в вертикаль­ ной. Луч расположен по траверзу корабля. Запись отраженных сиг­ налов позволяет получить данные о рельефе дна и наличии на нем затонувщих предметов.

Станция типа СВ-1 предназначена для картографирования морского дна. Она позволяет обнаруживать небольшие объекты размером 30 см на глубине 500 м [107 ].

§1.3. РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ ОБНАРУЖЕНИЯ

ПОДВОДНЫХ И НАДВОДНЫХ ЦЕЛЕЙ

Радиоэлектронные системы обнаружения подводных и надводных целей по типу носителей могут быть разделены на авиационные, ко­ рабельные, позиционные и специальные.

1.3.1.Авиационные системы обнаружения

Развитие современных авиационных систем обнаружения характе­ ризуется двумя направлениями. Первое направление охватывает си­ стемы, использующие гидроакустические принципы обнаружения. Гидроакустические системы пассивного типа предназначены для обна­ ружения шумящих объектов, системы активного типа — для обнару­ жения нешумящих или малошумящих объектов. Второе направление охватывает системы, использующие магнитометрические принципы, пригодные для обнаружения шумящих и нешумящих объектов.

В качестве авиационных систем обнаружения гидроакустического принципа действия в большинстве случаев используются сбрасывае­

1 Патент США, кл. 340—5, № 3408621, 1968. Добсон Ф. А. Подводные самодвижущиеся аппараты.

35

мые с самолета радиогидроакустические буи. Магнитометрические системы обнаружения размещаются непосредственно на самолетах.

Гидроакустические системы обнаружения. Первичная информа­ ция в гидроакустических системах выдается гидроакустическими пре­ образователями, находящимися на радиогидроакустических буях, установленных в море, или опускаемых с самолета. Как для тех, так и для других буев наблюдается тенденция увеличения глубины их использования. В частности, обеспечивается возможность углубления гидрофонов под слой скачка. Рассчитано, что при нахождении на глу­ бине 4 км гидроакустическая система уверенно работает в радиусе до 30 км.1

С целью корректировки ошибок, вызванных рефракцией звуковых лучей, при использовании радиогидроакустических буев одновременно с самолета сбрасываются глубинные термометры. Последние позволяют получать температурный разрез водной среды и дают возможность вводить результаты температурных измерений в расчеты дальности обнаружения.

В активных системах обнаружения в качестве зондирующих сиг­ налов используются посылки от излучателя буя. В полуактивных систе­ мах зондирующий сигнал создается взрывными патронами, сбрасывае­ мыми по радиокомандам с самолета. Приемная гидроакустическая система принимает отраженные от цели сигналы взрывов (устройство

«Julie»).

Применяются направленные приемно-излучающие системы РГАБ, имеющие возможность работать в активном и пассивном режимах. После установки с самолета приемно-излучающая система автомати­ чески принимает заданное положение (устройство «Lorelei»).

При расчетах местоположения объектов по данным, полученным от нескольких разнесенных в пространстве буев, требуется проведение достаточно сложных вычислений. Для этой цели в пункте обработки первичной информации применяют ЭВМ.

Передача первичной информации на пункт обработки осуществ­ ляется, как правило, по радиоканалу. В некоторых системах исполь­ зуется и гидроакустический канал связи.

Радиогидроакустические буи являются сравнительно недорогими устройствами. Вместе с тем буи достаточно надежны как в работе, так и при хранении.

В США даже в мирное время с помощью авиации ставятся ежегодно для различных исследовательских, навигационных и других целей тысячи буев. На последних образцах буев устанавливаются компасы, указатели угла наклона, устройства для опускания гидрофонов на большую глубину и другие приборы.

Гидроакустические авиационные системы обнаружения характе­ ризуются также рядом недостатков. Основными из них являются:

— малая дальность действия при расположении приемно-излучаю- щей системы неглубоко под водой. Этот недостаток объясняется реф­

1 Патент США, кл. 340—2, № 3460058, 1969. Таллин П. X. Радиогидроакустический буй.

36