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

Для измерения подводных шумов на глубинах до 6000 м исполь­ зуются буи. Подобный буй был изготовлен лабораторией электроники ВМФ США и оборудован гидроакустической аппаратурой [100]. Буй имеет форму торпеды длиной 1830 мм. Он сбрасывается с борта корабля, выходит на заданную глубину и находится там около 10 ч. При всплы­ тии буя включаются радиомаяк и лампа-вспышка для надежного его обнаружения.

1.3.3. Позиционные системы обнаружения

Основной задачей позиционных систем обнаружения является получение сведений о гидрологической обстановке и шумовом режиме в наблюдаемом районе. Позиционные гидроакустические средства в настоящее время включают как системы активного («Артемис») [13], так и пассивного принципа действия («Цезарь», «Колоссус») [56].

Позиционные системы обнаружения представлены главным обра­ зом радиогидроакустическими буями, передающими информацию по радиоканалам на обеспечивающие корабли или по кабелю на бере­ говые станции. В последние годы в аппаратуру буев включаются запоминающие устройства, в которых хранится регистрируемая ин­ формация. Она выдается по запросу или в заранее установленное время.

Стационарные антенны гидроакустических позиционных средств достаточно громоздки. Их масса доходит до 450 т.

В состав позиционных систем предполагается ввести глубоковод­ ные обитаемые станции. Возможность установки их на глубинах до 2 тыс. м позволит вынести аппаратуру в море на расстояние до 200 миль от побережья.

Существующие посты пассивных позиционных систем гидроаку­ стического обнаружения ведут непрерывную запись шумов. Анализ записей позволяет выявить место возникновения нового источника шума.

Наличие большого числа пунктов сбора информации в позицион­ ной системе усложняет классификацию получаемых сигналов. Для быстрого и надежного отличия ложных сигналов от сигналов подвод­ ных объектов предполагается обработка всей поступающей информации от постов с помощью ЭВМ. Например, система «Лофар» позволяет вести обработку большого числа поступающих данных и сопоставлять полу­ ченные результаты с информацией, накопленной ранее в устройствах памяти.

В конце 1960-х годов в завершающей стадии разработки находи­ лось несколько автоматических позиционных систем. В одной из них буи оборудованы гидрофонами, записывающими устройствами и бы­ стродействующими средствами радиосвязи для передачи информации на самолет или подводную лодку, с которых они были установлены

[ 101].

В другой системе гидрофоны устанавливаются на дне моря или на заданной глубине. Информация от них передается на береговые посты по подводному кабелю.

41

К позиционным системам обнаружения могут быть отнесены также различного типа гидроакустические станции, устанавливаемые на дне моря [51 ]. Пассивные станции подобного типа обеспечивают об­

на посты сбора и обобщения информации.

Разработан подводный маяк-ответчик, устанавливаемый на дне моря. Гидроакустический преобразователь специальным поплавком поднимается на 91 м от уровня дна и используется для приема и излу­ чения. Допускаемая глубина погружения 7,4 км. Радиус действия 9 км. Рабочая частота 10—11 кГц. Длительность импульса запроса 1,5 мс, длительность импульса ответа 3 мс. Акустическая мощность ответных импульсов 58 Вт. Срок службы при непрерывном приеме и выдаче 2 млн. ответов—свыше одного года. Электронная аппаратура и питание раз­ мещаются в двух цилиндрах, опускаемых на дно [13].

1.3.4.Специальные системы обнаружения

Кспециальным системам обнаружения относятся различного рода устройства, использующие новые физические или аппаратурные прин­ ципы действия. Рассмотрим некоторые из них на примерах конкретных образцов или запатентованных способов обнаружения подводных це­

лей.

В1964 г. был запатентован [51 ] управляемый по радио самодвижущийся аппарат. Информация передается от датчиков аппарата по радиоканалу на береговую станцию управления.

В1966 и 1968 гг. в США запатентован способ использования шума самолета, летящего над поверхностью воды, для обнаружения под­ водных целей. Этот шум с помощью специального устройства, согла­

сующего акустические сопротивления воздуха и воды, проникает в воду. Отраженные от цели звуковые сигналы используются для ее обнаружения. Сам шум может быть использован для связи между самолетом и подводным аппаратом [13].

Возможно также использование обратного эффекта — обнаруже­ ние гидроакустическими средствами летящих над водой самолетов по тем «звуковым хлопкам», которые возникают в воде при пролете самолетов [86].

Имеются сведения (1968—1970) о применении инфразвуковой техники для целей обнаружения [6 ] и использования ее в системах самонаведения.1

Большие работы проводятся по применению лазерной техники как для измерения расстояний под водой, так и для обнаружения подвод­ ных целей. Разработан лазер, который можно использовать в подвод­ ных условиях на глубинах до 150 м. Лазер работает в зеленом участке спектра и имеет импульсную мощность 300 кВт. Используется как

1 Патент США, кл. 62—45, № 3372556, 1968. Вальдман М. Сменный крио­ генный узел.

42

дополнение к гидролокатору для измерения расстояний [98]. Ряд ма­ териалов указывает на имеющиеся системы подводного наблюдения на лазерах для обнаружения подводных целей с вертолетов [80].

Лазеры дают возможность получать информацию с высокой раз­ решающей способностью, однако их дальность действия пока ограни­ чена.

Принципиально новой системой подводной связи является спе­ циальная система, использующая в качестве передающей среды землю и воду.

Разработана система подводного обнаружения и определения рас­ стояния SEDAR (Submerged Electrode Detection and Ranging) [113],

основанная на принципе регистрации изменений ионной проводимости воды. Система нечувствительна к помехам искусственного и естествен­ ного происхождения. Преимущества системы проявляются особенно сильно в прибрежных районах на глубинах до 450 м, где работа гидро­ акустических систем затруднена из-за реверберации и отражений.

В США запатентовано устройство для регистрации быстрых из­ мерений давления в морской воде, вызываемых прохождением раз­ личных объектов, например, кораблей.1

Устройство представляет собой дифференциальный гидростат, работающий на глубинах до 300 м, и соединяющийся кабелем с аппа­ ратурой наблюдения, находящейся на поверхности моря. В гидростате применен преобразователь, содержащий гофрированную мембрану, электронное устройство с датчиком давления, выполненным по мосто­ вой схеме, и эластичный надувной баллон, реагирующий на изменение гидростатического давления. Корпус из стеклопластика обеспечивает термоизоляцию чувствительных элементов преобразователя. В корпусе преобразователя имеется перепускной клапан, выравнивающий дав­ ление между полостями, расположенными с внутренней и внешней сторон диафрагмы. В отличие от обычных гидростатов, патентуемое устройство не реагирует на медленное изменение гидродинамического давления, вызываемого приливами и отливами, а регистрирует быстрое изменение давления, возникающее при прохождении корабля.

Имеются сообщения об использовании нового метода обнаружения акустических сигналов на основе бриллюэновского рассеяния монохро­ матического света на звуковых волнах. Предлагаемый метод2 позволяет получать приемники большей чувствительности и направленности по сравнению с обычными гидрофонами.

Устройство состоит из лазера, фотоумножителя и электронной схемы. Основной луч лазера и сигналы, обусловленные бриллюэновским рассеянием, смешиваются в фотоумножителе, в результате чего возникают биения. Полосовой фильтр и анализатор в электронной схеме позволяют отличить' когерентные звуковые сигналы, вызван­ ные шумом обнаруживаемой цели, от постороннего шума и от сигна­

2 Патент США, кл. 250—217, № 3474253, 1969. Кесслер Б. В. Метод и аппа­ ратура для оптических измерений акустической неоднородности.

43

ГЛАВА 2. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ

§2.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1.1.Общие сведения

Как уже неоднократно отмечалось, проблема изучения и освоения океанских глубин охватывает широкий круг вопросов, требующих дальнейшего развития подводных технических средств. Появились но­ вые, ранее не возникавшие требования к подводным устройствам и ап­ паратам.

Мы условились все многообразие подводных устройств и аппаратов называть морскими объектами. Строительство и эксплуатация гидро­ технических сооружений, аварийно-спасательная служба морского флота, рыбодобывающая промышленность, военно-морской флот — это далеко не полный перечень областей применения различных ти­ пов морских объектов.

Как мы увидим ниже, методы автоматического управления мор­ скими объектами могут быть различными. Однако общая схема управ­ ления независимо от принципов ее конкретной реализации всегда предусматривает наличие двух основных элементов. Такими элементами являются управляющий и управляемый объекты.

Управляющий объект является источником информации, которая используется для целей управления. К управляющим объектам можно отнести аварийную подводную лодку, затонувший предмет, косяк рыбы, морское дно. и т. д. В дальнейшем управляющий объект будет обозна­ чаться на схемах буквой И (источник информации).

Управляемый объект — устройство, один или несколько процессов в котором управляются за счет информации, поступающей от управ­ ляющего объекта. К управляемым объектам относятся подводные ап­ параты, подводные механизмы, поисковые приборы, приборы для под­ водных исследований и т. д. Управляемый объект будет обозначаться буквой П (приемник информации).

Методы автоматического управления морскими объектами в зави­ симости от способа передачи управляющей информации делятся на две большие группы: автономный и неавтономный методы управления.

При автономном методе управления используется информация об отклонении управляемого объекта от заданной программы. Послед­ няя заранее запасается в «памяти» его радиоэлектронной системы. От управляющего объекта информация на управляемый объект не по­ ступает.

Основным преимуществом автономного метода управления является его высокая помехоустойчивость. Однако автономное управление имеет весьма серьезный недостаток. Системы автономного управления не учитывают непредвиденное заранее изменение'обстановки, которое может произойти во время работы управляемого объекта.

44

Для неавтономного метода управления характерна передача ин­ формации на управляемый объект извне от управляющего объекта или иного источника информации. В качестве каналов передачи ин­ формации могут использоваться механические и электрические каналы. Кроме того, информация может передаваться с помощью различных физических полей [65].

Механические каналы применяются для передачи информации на сравнительно небольшие расстояния.

При передаче информации по электрическим каналам применяются проводные линии связи. Преимуществами электрического канала яв­ ляется его хорошая защищенность от помех и относительная простота. Однако связь по проводам имеет сравнительно низкую надежность. При управлении объектами, движущимися с большой скоростью, возможен обрыв проводов.

Передача информации на управляемый объект с помощью физи­ ческих полей имеет ряд существенных преимуществ перед другими способами передачи. Так, при использовании в качестве каналов пе­ редачи информации физических полей (например, при поиске затонув­ ших предметов) оказывается возможным одновременно обследовать значительный объем пространства. Затонувший предмет можно обна­ ружить даже в том случае, когда непосредственный доступ к нему за­ труднен.

Передача информации с использованием физических полей имеет также преимущества при управлении движением объектов. Она дает возможность осуществлять управление при больших скоростях и слож­ ных маневрах управляемого объекта.

В дальнейшем мы будем рассматривать только методы автомати­ ческого управления морскими объектами, основанные на использовании физических полей в качестве каналов передачи управляющей информа­ ции. Такие поля мы будем называть управляющими.

Радиоэлектронные системы являются составной частью морского объекта. Поэтому основные требования, предъявляемые к таким си­ стемам, развивают и детализируют общие требования, которые предъяв­ ляются к объекту. Эти требования определяют показатели радиоэлект­ ронных систем.

При всем многообразии радиоэлектронных систем можно указать на ряд основных их показателей, характерных для всех радиоэлектрон­ ных систем морских объектов. Укажем на четыре основных показателя: дальность действия, точность действия, быстродействие и помехоустой­ чивость.

Дальностью действия называется то наибольшее расстояние от управляемого до управляющего объекта, в пределах которого обеспе­ чивается срабатывание радиоэлектронной системы. Дальность дей­ ствия определяется параметром срабатывания — минимальным зна­ чением физического поля, вызывающим срабатывание системы при заданном отношении сигнал/помеха. Величина, обратная параметру срабатывания, называется чувствительностью системы. С дальностью действия системы связывается понятие о направленности действия, под которым понимается избирательность системы по направлению.

45