RU2846409C1 - Multi-range hydroacoustic signal direction finder - Google Patents
Multi-range hydroacoustic signal direction finderInfo
- Publication number
- RU2846409C1 RU2846409C1 RU2024125155A RU2024125155A RU2846409C1 RU 2846409 C1 RU2846409 C1 RU 2846409C1 RU 2024125155 A RU2024125155 A RU 2024125155A RU 2024125155 A RU2024125155 A RU 2024125155A RU 2846409 C1 RU2846409 C1 RU 2846409C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency range
- frequency
- signal
- hydroacoustic
- block
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам обнаружения гидроакустических сигналов в широком диапазоне частот и может быть использовано для подводных аппаратов, донных и буйковых гидрофизических станций.The invention relates to means for detecting hydroacoustic signals in a wide frequency range and can be used for underwater vehicles, bottom and buoy hydrophysical stations.
Системы, предназначенные для определения направления на источник сигналов, называют пеленгаторами. Общие принципы построения пеленгаторов гидроакустических сигналов изложены в книге [Справочник по гидроакустике /под ред. А.Е. Колесникова. Л.: Судостроение, 1988. С. 18-30]. Для исключения пропуска коротких сигналов, направление прихода которых заранее не известно, в пеленгаторе формируют статический веер пространственных каналов (ПК), позволяющий одновременно обнаруживать сигналы во всем пространстве, т.е. в секторе 360°. При этом направление на источник сигнала определяют по направлению оси диаграммы направленности (ДН) ПК, где имеется максимальное уровень сигнала. Погрешность определения направления составляет приблизительно половину угловой ширины ДН на уровне -3 дБ [Справочник…].Systems designed to determine the direction to a signal source are called direction finders. The general principles of constructing hydroacoustic signal direction finders are described in the book [Handbook of Hydroacoustics / edited by A.E. Kolesnikov. L.: Sudostroenie, 1988. Pp. 18-30]. To exclude the omission of short signals, the direction of arrival of which is not known in advance, a static fan of spatial channels (SC) is formed in the direction finder, allowing simultaneous detection of signals in the entire space, i.e. in a 360° sector. In this case, the direction to the signal source is determined by the direction of the axis of the radiation pattern (RP) of the PC, where there is a maximum signal level. The error in determining the direction is approximately half the angular width of the RP at a level of -3 dB [Handbook…].
Антенна пеленгатора, формирующего статический веер ДН, представляет собой цилиндр, по образующей которого расположены N гидроакустических приемников. Для формирования заданной ширины ДН часто используют рабочий сектор 120°, ось ДН (направление максимума) проходит по линии, соединяющей центр цилиндра и центр рабочего сектора. При равномерном расположении приемников сдвиг рабочего сектора на один шаг Δθ°=360°/N, меняет направление максимума ДН на угол А6. Нетрудно видеть, что количество статических ДН (ПК) равно N.The antenna of the direction finder, forming a static fan of the DP, is a cylinder, along the generatrix of which N hydroacoustic receivers are located. To form a given DP width, a working sector of 120° is often used, the DP axis (the direction of the maximum) passes along the line connecting the center of the cylinder and the center of the working sector. With a uniform arrangement of receivers, a shift of the working sector by one step Δθ° = 360° / N changes the direction of the DP maximum by an angle of A6. It is easy to see that the number of static DPs (PK) is equal to N.
Формирование статического веера ДН с помощью цилиндрической антенны описано в патенте на гидроакустическую станцию для обнаружения малоразмерных объектов [патент РФ №2680673, МПК G01S15/04, опубл. 04.12.2017], а в авторском свидетельстве на устройство всенаправленного приема сигналов связи и опознавания гидроакустической станции [а. с. СССР №1840778, МПК G01S7/52, опубл. 27.07.2009] представлена схема формирования статического веера ДН,The formation of a static fan pattern using a cylindrical antenna is described in the patent for a hydroacoustic station for detecting small-sized objects [RU Patent No. 2680673, IPC G01S15/04, published on 04.12.2017], and the author's certificate for a device for omnidirectional reception of communication signals and identification of a hydroacoustic station [USSR Patent No. 1840778, IPC G01S7/52, published on 27.07.2009] presents a diagram for the formation of a static fan pattern,
Общим недостатком представленных технических решений является значительный диаметр цилиндрической приемной антенны. Обозначим ширину ДН на уровне -3 дБ как Δθ07. Если необходимо получить значение Δθ07=4° на частоте 3 кГц, диаметр цилиндра при рабочем секторе 120° должен быть 7.36 м, а для частоты 1 кГц необходимый диаметр цилиндра составит 22.1 м.A common drawback of the presented technical solutions is the significant diameter of the cylindrical receiving antenna. Let us designate the RP width at the level of -3 dB as Δθ 07 . If it is necessary to obtain the value Δθ 07 = 4° at a frequency of 3 kHz, the cylinder diameter with a working sector of 120° should be 7.36 m, and for a frequency of 1 kHz the required cylinder diameter will be 22.1 m.
Поскольку статический веер ДН должен охватывать сектор до 360°, необходимо экранировать тыльные поверхности приемников, чтобы исключить двузначность пеленга на источник сигнала. Это обстоятельство создает дополнительные проблемы, особенно при формировании ДН с высокой направленностью на низких частотах.Since the static fan pattern must cover a sector of up to 360°, it is necessary to shield the rear surfaces of the receivers to eliminate the ambiguity of the bearing to the signal source. This circumstance creates additional problems, especially when forming a pattern with high directivity at low frequencies.
Для построения безэкранного приемника может быть использован приемник, формирующий однонаправленную кардиоидную ДН [Смарышев М.Д. Элементы теории направленности гидроакустических антенн. СПб: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003, с. 56-60]. ДН формируется двумя ненаправленными гидроакустическими приемниками, линейное расстояние между которыми равняется четверти длины волны несущей частоты принимаемого сигнала.To construct a screenless receiver, a receiver that forms a unidirectional cardioid RP can be used [Smaryshev M.D. Elements of the Theory of Directivity of Hydroacoustic Antennas. St. Petersburg: Publishing House of St. Petersburg Electrotechnical University "LETI", 2003, pp. 56-60]. The RP is formed by two non-directional hydroacoustic receivers, the linear distance between which is equal to a quarter of the wavelength of the carrier frequency of the received signal.
В способе и устройстве определения водолазом направления на источник звукового сигнала [патент РФ №2439602, МПК G01S 7/52, опубл. 27.08.2011], предлагается формирование «обратной» кардиоидной ДН. Тракт формирования в этом случае состоит из устройства задержки сигнала на время, равное четверти периода несущей частоты принимаемого сигнала, сумматора и усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ). Коэффициент усиления усилителя с АРУ обратно пропорционален уровню управляющего сигнала, поступающего с выхода сумматора, и на выходе усилителя с АРУ формируется ДН, «обратная» кардиоидной ДН, ось которой имеет направление по линии, соединяющей приемники. Но предложенное в патенте РФ №2439602 устройство не содержит формирователь веера ДН.In the method and device for determining the direction to the source of a sound signal by a diver [RU Patent No. 2439602, IPC G01S 7/52, published 27.08.2011], it is proposed to form an "inverse" cardioid radiation pattern. In this case, the formation path consists of a signal delay device for a time equal to a quarter of the period of the carrier frequency of the received signal, a summer, and an amplifier with automatic gain control (AGC). The gain of the amplifier with AGC is inversely proportional to the level of the control signal coming from the output of the summer, and at the output of the amplifier with AGC, a radiation pattern is formed that is "inverse" to the cardioid radiation pattern, the axis of which has the direction along the line connecting the receivers. However, the device proposed in Russian Patent No. 2439602 does not contain a fan pattern generator.
В малогабаритном пеленгаторе гидроакустических сигналов [Патент РФ №2793149, МПК G01S 1/801, опубл. 29.03.2023] на цилиндрической антенне, диаметр которой D=λ/4, где λ - длина волны на средней частоте принимаемого сигнала, по окружности цилиндра равномерно размещены 2N гидроакустических приемников (ГАП), соединенные с 2N-канальным блоком формирования пространственных каналов, выполненным с возможностью формирования статического веера из 2N пространственных каналов (ПК) в диапазоне углов 360°. В каждом ПК формируется ДН типа «обратная» кардиоида. Также устройство содержит 2N-канальный блок определения пеленга, где определяется ПКn в котором зафиксирован максимальный уровень принимаемого сигнала. Направление θn оси ДН этого ПК принимается за направление на источник сигнала, и с помощью блока передачи значения пеленга передается на внешние устройства. Основным недостатком представленного технического решения является малая разрешающая способность по углу, т.е. большая погрешность в определении пеленга на цель, т.к. направление на пеленгуемый источник сигнала определяется с точностью не более половины ширины ДН Δθ07 [Справочник…].In a compact hydroacoustic signal direction finder [RU Patent No. 2793149, IPC G01S 1/801, published on March 29, 2023], 2N hydroacoustic receivers (HAR) are uniformly distributed around the circumference of the cylinder on a cylindrical antenna with a diameter of D = λ / 4, where λ is the wavelength at the center frequency of the received signal, connected to a 2N-channel spatial channel forming unit configured to form a static fan of 2N spatial channels (SC) in the angular range of 360 °. In each SC, a "reverse" cardioid DP is formed. The device also contains a 2N-channel bearing determination unit, where the SC n in which the maximum level of the received signal is recorded is determined. The direction θ n of the DP axis of this SC is taken as the direction to the signal source, and the bearing value is transmitted to external devices using the transmission unit. The main disadvantage of the presented technical solution is the low angular resolution, i.e. the large error in determining the bearing to the target, since the direction to the signal source being taken is determined with an accuracy of no more than half the beamwidth Δθ 07 [Reference…].
Наиболее близким по техническим и функциональным характеристикам к предлагаемому устройству является «Пеленгатор гидроакустических сигналов, формирующий статический веер пространственных каналов» [Патент РФ №2810696, МПК G01S 3/80, опубл. 28.12.2023], который принят за прототип.The closest in technical and functional characteristics to the proposed device is the “Hydroacoustic signal direction finder that forms a static fan of spatial channels” [RU Patent No. 2810696, IPC G01S 3/80, published 12/28/2023], which is adopted as a prototype.
Пеленгатор, заявленный в патенте РФ №2810696, при малом диаметре цилиндрической антенны формирует статический веер из 2N пространственных каналов, где N-количество ГАП в антенне. Расстояние между каждой парой гидроакустических приемников, формирующих ДН типа «обратная кардиоида», составляет D=λ/4, т.е. средняя частота принимаемого сигнала должны быть ƒср =c/(4D). Как показано в работе [Смарышев М.Д.… стр. 56-60], кардиоидная ДН формируется при расстоянии между ГАП d=λ/4, и в случае устройства-прототипа d=D. Если частота принимаемого сигнала ƒс≠ƒср, кардиоидная ДН искажается. Как показано в [Смарышев М.Д.…, стр. 56-60], в пределах изменения частоты сигнала ƒc≈ƒcp±0.2 ƒcp искажениями ДН можно пренебречь. При дальнейшем различии между ƒс и ƒср возникают максимумы большого уровня в направлении, противоположном основному максимуму ДН, а основной максимум сильно искажается вплоть до вырождения. При этом возникают провалы и дополнительные максимумы в направлениях, отличающихся от направлений при приеме сигнала частоты ƒср. Таким образом, при постоянном диаметре цилиндрической антенны устройство по патенту-прототипу обладает весьма ограниченной рабочей полосой приема сигналов, что является существенным недостатком, ограничивающим использование таких пеленгаторов.The direction finder, declared in the Russian Federation patent No. 2810696, with a small diameter of the cylindrical antenna forms a static fan of 2N spatial channels, where N is the number of hydroacoustic receivers in the antenna. The distance between each pair of hydroacoustic receivers forming a RP of the "inverse cardioid" type is D = λ / 4, i.e. the average frequency of the received signal should be ƒ ср = c / (4D). As shown in the work [Smaryshev M.D. ... pp. 56-60], a cardioid RP is formed at a distance between the HAPs d = λ / 4, and in the case of the prototype device d = D. If the frequency of the received signal ƒ с ≠ ƒ ср , the cardioid RP is distorted. As shown in [Smaryshev M.D.…, pp. 56-60], within the limits of signal frequency variation ƒ c ≈ ƒ cp ±0.2 ƒ cp, the RP distortions can be neglected. With a further difference between ƒ c and ƒ ср , high-level maxima arise in the direction opposite to the main RP maximum, and the main maximum is strongly distorted to the point of degeneration. In this case, dips and additional maxima arise in directions different from the directions when receiving a signal of frequency ƒ ср . Thus, with a constant diameter of the cylindrical antenna, the device according to the prototype patent has a very limited working signal reception band, which is a significant drawback limiting the use of such direction finders.
Основной задачей изобретения является расширение частотного диапазона пеленгуемых источников гидроакустических сигналов, что, в свою очередь, существенно расширяет функциональные возможности пеленгатора, сохраняя точность пеленгования при неизменном диаметре антенны, без экранирования приемников.The main objective of the invention is to expand the frequency range of the direction-finding sources of hydroacoustic signals, which, in turn, significantly expands the functional capabilities of the direction finder, maintaining the accuracy of direction finding with an unchanged antenna diameter, without shielding the receivers.
Для решения поставленной задачи в пеленгаторе, содержащем цилиндрическую антенну, выполненную звукопрозрачной и состоящую из N ненаправленных гидроакустических приемников, причем фазовые центры всех ГАП равномерно размещены с угловым шагом Δ0°=(360/N)° по окружности, а также систему определения пеленга, содержащую первый блок формирования (БФ), выполненный с возможностью формирования статического веера из 2N пространственных каналов (ПК) и определения направления на источник сигнала, причем в каждом из ПК формируется диаграмма направленности (ДН) типа «обратная кардиоида», введены новые признаки, а именно:To solve the stated problem, new features have been introduced in a direction finder containing a cylindrical antenna made sound-transparent and consisting of N non-directional hydroacoustic receivers, wherein the phase centers of all the hydroacoustic receivers are uniformly distributed with an angular step of Δ0°=(360/N)° around the circumference, as well as a bearing determination system containing a first formation unit (FU) made with the possibility of forming a static fan of 2N spatial channels (SC) and determining the direction to the signal source, wherein in each of the SCs a directivity pattern (DP) of the "inverse cardioid" type is formed, namely:
количество имеющихся в цилиндрической антенне ГАП N=2n+1, где n - целое число (n≥1),the number of GAPs present in a cylindrical antenna is N=2n+1, where n is an integer (n≥1),
в состав пеленгатора дополнительно введены блок из Q (Q - количество частотных диапазонов), закрытых в исходном состоянии ключей (БКл) и система выбора частотного диапазона (СЧД), а в систему определения пеленга дополнительно введены Q-1 (Q≥2) блоков БФ, идентичных по структуре, но отличающихся по значениям линейного расстояния d между двумя ГАП, участвующими в формировании ДН, причем каждый из блоков БФ выполнен с возможностью работы в одном из Q частотных диапазонов;the direction finder is additionally equipped with a block of Q (Q is the number of frequency ranges) keys (KL) closed in the initial state and a frequency range selection system (FRS), and the bearing determination system is additionally equipped with Q-1 (Q≥2) BF blocks, identical in structure but differing in the values of the linear distance d between the two GAPs participating in the formation of the DN, wherein each of the BF blocks is designed with the ability to operate in one of the Q frequency ranges;
для формирования каждой из 2QN диаграмм направленности используют 2 ГАП, отстоящих друг от друга на линейном расстоянии dn=λ/4, 1≤n≤Q, соответствующем n-му частотному диапазону, λn - средняя длина волны n-го частотного диапазона со средней частотой ƒn;to form each of the 2QN directivity patterns, 2 GAPs are used, spaced from each other at a linear distance d n = λ/4, 1≤n≤Q, corresponding to the n-th frequency range, λ n is the average wavelength of the n-th frequency range with an average frequency ƒ n ;
выход каждого ГАП соединен с соответствующим входом каждого из Q блоков БФ, выход каждого из блоков БФ соединен с сигнальным входом соответствующего ключа блока БКл, a Q выходов СЧД соединены с управляющими входами соответствующих ключей блока БКл.the output of each GAP is connected to the corresponding input of each of the Q blocks of the BF, the output of each of the BF blocks is connected to the signal input of the corresponding key of the BKl block, and the Q outputs of the SCD are connected to the control inputs of the corresponding keys of the BKl block.
Необходимый результат получается, если система выбора частотного диапазона (СЧД) содержит последовательно соединенные блок ненаправленного приема (БНП) и блок управления открытием ключа необходимого частотного диапазона (БВД), причем блок БНП состоит из ненаправленного гидроакустического приемника, полоса пропускания которого выполнена равной полосе пропускания ГАП, а блок БВД состоит из последовательно соединенных модуля спектрального анализа с выделением максимальной спектральной составляющей (МСА), модуля определения частотного диапазона (МЧД) и модуля передачи управляющего сигнала (МУС) открытия ключа блока БКл соответствующего частотного диапазона, при этом блок БНП соединен с модулем МСА, а модуль МУС соединен шиной с блоком БКл.The required result is obtained if the frequency range selection system (FRS) contains a series-connected non-directional reception unit (NDU) and a control unit for opening the key of the required frequency range (CU), wherein the NDU consists of a non-directional hydroacoustic receiver, the passband of which is made equal to the passband of the GAP, and the CU consists of a series-connected spectral analysis module with the allocation of the maximum spectral component (MSC), a frequency range determination module (FRD) and a control signal transmission module (CSM) for opening the key of the BKl unit of the corresponding frequency range, wherein the NDU is connected to the MSA module, and the CSM module is connected via a bus to the BKl unit.
Основной технический результат изобретения - расширение частотного диапазона принимаемых гидроакустических сигналов, излучаемых пеленгуемым объектом. Этот результат принципиально достигается тем, что расстояние между ГАП, обеспечивающих формирование каждой кардиоидной ДН, dn=Dsin(nΔθ/2), где n - номер частотного диапазона (n=1,2,…, Q).The main technical result of the invention is the expansion of the frequency range of received hydroacoustic signals emitted by the target object. This result is fundamentally achieved by the fact that the distance between the hydroacoustic signals providing the formation of each cardioid RP, d n = D sin (nΔθ/2), where n is the frequency range number (n=1,2,…, Q).
Введение новых признаков обеспечивает расширение частотного диапазона пеленгуемого источника гидроакустических сигналов при неизменном диаметре цилиндрической антенны, что расширяет функциональные возможности пеленгатора.The introduction of new features ensures the expansion of the frequency range of the direction-finding source of hydroacoustic signals with an unchanged diameter of the cylindrical antenna, which expands the functional capabilities of the direction finder.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 представлена обобщенная функциональная схема устройства; на фиг. 2а-2г показаны возможные пары ГАП, формирующих кардиоидную ДН, а двойная линия показывает направляющую цилиндра, на которой расположены ГАП. На фиг. 2а каждая такая пара - это соседние по расположению на образующей цилиндра приемники; на фиг. 2,б - соответствующая пара расположена на угловом расстоянии 2Δθ, на фиг. 2в - на расстоянии 3Δθ, а на фиг. 2г - на расстоянии 4Δθ. Для наглядности соответствующие пары ГАП соединены линиями.The essence of the invention is explained in Fig. 1, 2. Fig. 1 shows a generalized functional diagram of the device; Fig. 2a-2g show possible pairs of HAs forming a cardioid RP, and the double line shows the cylinder guide on which the HAs are located. In Fig. 2a, each such pair is receivers adjacent in location on the cylinder generatrix; in Fig. 2b, the corresponding pair is located at an angular distance of 2Δθ, in Fig. 2c - at a distance of 3Δθ, and in Fig. 2g - at a distance of 4Δθ. For clarity, the corresponding pairs of HAs are connected by lines.
Пеленгатор (фиг. 1) содержит цилиндрическую антенну 1, систему определения пеленга 2, Q - канальный блок ключей 3 (БКл) и систему выбора частотного диапазона 4 (СЧД). На направляющей цилиндрической антенны 1 расположены гидроакустические приемники ГАП1 ГАП2,…ГАПN. Система определения пеленга 2 состоит из Q независимых блоков формирования БФ1 БФ2,…БФQ, каждый из блоков Бn выполнен с возможностью формирования статического веера из 2N пространственных каналов (ПК) и определения направления на источник сигнала, описание структуры отдельного блока БФ приведено в патенте-прототипе РФ №2810696. Блок ключей 3 состоит из Q (по числу частотных диапазонов пеленгатора) ключей. Система выбора частотного диапазона 4 состоит из блока ненаправленного приема 5 (БНП) и блока выбора частотного диапазона 6 (БВД). Блок БНП состоит из ненаправленного гидроакустического приемника, полоса пропускания которого выполнена равной полосе пропускания ГАП. Блок БВД 6 состоит из последовательно соединенных модуля спектрального анализа 7 с выделением максимальной спектральной составляющей (МСА), модуля 8 определения частотного диапазона (МЧД) и модуля 9 передачи управляющего сигнала (МУС) открытия ключа блока БКл соответствующего частотного диапазона, при этом блок БНП соединен с модулем МСА, а модуль МУС соединен шиной с блоком БКл.The direction finder (Fig. 1) comprises a cylindrical antenna 1, a bearing determination system 2, a Q-channel key block 3 (KL) and a frequency range selection system 4 (FRS). Hydroacoustic receivers GAP 1 , GAP 2 , ... GAP N are located on the guide of the cylindrical antenna 1. The bearing determination system 2 consists of Q independent generating blocks BF 1, BF 2 , ... BF Q , each of the blocks B n is configured to form a static fan of 2N spatial channels (PC) and determine the direction to the signal source, a description of the structure of an individual BF block is given in the prototype patent of the Russian Federation No. 2810696. The key block 3 consists of Q (according to the number of frequency ranges of the direction finder) keys. The frequency range selection system 4 consists of a non-directional reception unit 5 (NDU) and a frequency range selection unit 6 (FSU). The BNP unit consists of a non-directional hydroacoustic receiver, the bandwidth of which is made equal to the bandwidth of the GAP. The BVD unit 6 consists of a series-connected spectral analysis module 7 with the allocation of the maximum spectral component (MSC), a module 8 for determining the frequency range (FRD) and a module 9 for transmitting the control signal (CSS) for opening the key of the BKl unit of the corresponding frequency range, wherein the BNP unit is connected to the MSA module, and the CSS module is connected by a bus to the BKl unit.
Цилиндрическая антенна 1 соединена шиной передачи массива данных от ГАП в систему определения пеленга, при этом с БФ1 соединены ГАП, предназначенные для пеленгования первого (высокочастотного) диапазона, а с БФQ - предназначенные для пеленгования Q-го (низкочастотного) диапазона. Выход каждого из блоков формирования БФ соединен с сигнальным входом ключа соответствующего диапазона Q-канального блока ключей 3.The cylindrical antenna 1 is connected by a data array transmission bus from the GAP to the bearing determination system, with the GAPs intended for bearing finding of the first (high-frequency) range connected to the BF 1 , and those intended for bearing finding of the Q-th (low-frequency) range connected to the BF Q. The output of each of the BF formation units is connected to the signal input of the key of the corresponding range of the Q-channel key block 3.
Система выбора частотного диапазона 4 соединена шиной с управляющими входами блока ключей 3. Выход блока 5 БНП соединен с входом блока 6 БВД, а с его выхода по шине передается управляющий сигнал на открытие соответствующего ключа блока 3 БКл. Блок БНП представляет собой широкополосный ненаправленный гидроакустический приемник. Блок 6 БВД включает типовую радиотехническую схему определения частоты максимального по уровню сигнала, принятого блоком 5 БНП, а также формирователь управляющего сигнала для открытия соответствующего ключа блока 3 БКл.The frequency range selection system 4 is connected via a bus to the control inputs of the key block 3. The output of the block 5 BNP is connected to the input of the block 6 BVD, and from its output via the bus a control signal is transmitted to open the corresponding key of the block 3 BKl. The BNP block is a broadband non-directional hydroacoustic receiver. The block 6 BVD includes a typical radio circuit for determining the frequency of the maximum signal level received by the block 5 BNP, as well as a control signal generator for opening the corresponding key of the block 3 BKl.
Заявленное устройство комплектуется из известных акустических и радиоэлектронных устройств. Малогабаритные гидроакустические приемники, входящие в цилиндрическую антенну 1, а также ненаправленный гидроакустический приемник (блок БНП) серийно выпускаются отечественной и зарубежной промышленностью [патент РФ №2810696]. Электронные блоки, входящие в схемы формирования и обработки, выполняются как аппаратно-программные средства, причем дополнительно введенные Q-канальный блок ключей 3 и блок выбора частотного диапазона 6, как и систему определения пеленга 2, описанную в патенте-прототипе №2810696, целесообразно формировать на базе средств вычислительной техники.The claimed device is equipped with known acoustic and radio-electronic devices. Small-sized hydroacoustic receivers included in the cylindrical antenna 1, as well as a non-directional hydroacoustic receiver (BNP block) are mass-produced by domestic and foreign industry [RU Patent No. 2810696]. Electronic units included in the formation and processing circuits are implemented as hardware and software, and the additionally introduced Q-channel key block 3 and frequency range selection block 6, as well as the bearing determination system 2 described in prototype patent No. 2810696, are expediently formed on the basis of computer technology.
Предложенный пеленгатор работает следующим образом.The proposed direction finder works as follows.
Акустический сигнал от источника принимается гидроакустическими преобразователями (ГАП) цилиндрической антенны 1. Все ГАП выполнены широкополосными, перекрывающими весь частотный диапазон пеленгатора. Пусть направление на источник сигнала θист. Сигнал, имеющий среднюю частоту ƒcp=ƒn, соответствующую n-ому частотному диапазону, принимается в пространственных каналах пеленгатора, ДН которых ориентированы в направлении θист. Далее акустический сигнал от источника, преобразованный в ГАП в электрический сигнал, по шине передается на Q блоков БФ. При этом максимальный сигнал появится на выходе блока БФn который выполнен с возможностью обработки сигнала со средней частотой ƒn n-ого частотного диапазона пеленгатора.The acoustic signal from the source is received by the hydroacoustic transducers (HAT) of the cylindrical antenna 1. All HAT are wideband, covering the entire frequency range of the direction finder. Let the direction to the signal source be θ source . The signal having an average frequency ƒ cp = ƒ n , corresponding to the n-th frequency range, is received in the spatial channels of the direction finder, the RPs of which are oriented in the direction of θ source . Then the acoustic signal from the source, converted in the HAT into an electrical signal, is transmitted via the bus to the Q BF blocks. In this case, the maximum signal will appear at the output of the BF block n which is designed with the possibility of processing a signal with an average frequency ƒ n of the n-th frequency range of the direction finder.
Блоки БФ„ идентичны по структуре и отличаются только возможностью обработки сигнала соответствующего частотного диапазона. Обработка сигнала в каждом из блоков описана в патентах РФ №№2793149 и 2810696, а также в докладе [Кранц В.З., Островский Д.Б. Малогабаритный пеленгатор гидроакустических сигналов // Тр. Всерос.конф. «Прикл. технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб, изд-во ЛЕМА, 2023. С.129-132].The BF„ blocks are identical in structure and differ only in the ability to process a signal of the corresponding frequency range. Signal processing in each of the blocks is described in Russian Federation patents Nos. 2793149 and 2810696, as well as in the report [Krantz V.Z., Ostrovsky D.B. Small-sized direction finder of hydroacoustic signals // Proc. All-Russian Conf. "Applied Technologies of Hydroacoustics and Hydrophysics". St. Petersburg, LEMA Publishing House, 2023. Pp. 129-132].
С выходов блоков БФ сигналы, соответствующие направлению на источник θист, передаются по шине на сигнальные входы Q-канального блока ключей 3 БКл. Отметим, что в исходном состоянии все ключи блока 3 закрыты.From the outputs of the BF blocks, signals corresponding to the direction to the source θ source are transmitted via the bus to the signal inputs of the Q-channel block of keys 3 BKl. Note that in the initial state, all keys of block 3 are closed.
Одновременно с приемом акустического сигнала от источника этот сигнал принимается широкополосным ненаправленным гидроакустическим приемником (блок 5 БНП). После преобразования акустического в электрический сигнал подается на вход блока выбора частотного диапазона 6 (БВД). В этом блоке определяется средняя частота поступившего сигнала (ƒn) и соответствующий (n-ый) частотный диапазон. Сигнал, формируемый в блоке 6, по шине передается на управляющий вход ключа Клn который открывается и пропускает сигнал, содержащий информацию о направлении на источник (пеленге) θист (см. фиг. 1).Simultaneously with the reception of the acoustic signal from the source, this signal is received by a broadband non-directional hydroacoustic receiver (block 5 BNP). After the acoustic signal is converted into an electrical signal, it is fed to the input of the frequency range selection block 6 (FRS). In this block, the average frequency of the received signal (ƒ n) and the corresponding (n-th) frequency range are determined. The signal formed in block 6 is transmitted via the bus to the control input of the key Kl n , which opens and passes the signal containing information about the direction to the source (bearing) θ source (see Fig. 1).
Таким образом, достигается заявленный технический эффект, состоящий в расширении частотного диапазона пеленгуемых источников гидроакустических сигналов и, соответственно, повышении функциональных возможностей пеленгатора. Отметим, что при постоянном диаметре цилиндрической антенны средняя частота высокочастотного диапазона пеленгатора ƒв будет при формировании соответствующих ПК и ДН, когда пары образующих кардиоидные ДН ГАП находятся на минимальном расстоянии (см. фиг. 2а). Средняя частота низкочастотного диапазона пеленгатора ƒн будет, когда пары образующих кардиоидные ДН ГАП находятся на максимальном расстоянии (см. фиг.2 г).Thus, the claimed technical effect is achieved, consisting in expanding the frequency range of the direction-finding sources of hydroacoustic signals and, accordingly, increasing the functional capabilities of the direction finder. Note that with a constant diameter of the cylindrical antenna, the average frequency of the high-frequency range of the direction finder ƒ v will be when forming the corresponding PC and RP, when the pairs of the cardioid RPs of the GAP are at a minimum distance (see Fig. 2a). The average frequency of the low-frequency range of the direction finder ƒ n will be when the pairs of the cardioid RPs of the GAP are at a maximum distance (see Fig. 2g).
Заявленный гидроакустический пеленгатор может быть использован для наблюдения за подводной обстановкой при установке на малогабаритных носителях, где отсутствует возможность размещения антенн большого диаметра.The declared hydroacoustic direction finder can be used for monitoring underwater conditions when installed on small-sized carriers where there is no possibility of placing large-diameter antennas.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2846409C1 true RU2846409C1 (en) | 2025-09-05 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2540596C (en) * | 2003-09-29 | 2011-11-15 | Ac Capital Management, Inc. | Sonar system and process |
| US10877124B1 (en) * | 2020-06-23 | 2020-12-29 | Charles A Uzes | System for receiving communications |
| RU2793149C1 (en) * | 2022-08-03 | 2023-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Small-sized direction finder of hydroacoustic signals |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2540596C (en) * | 2003-09-29 | 2011-11-15 | Ac Capital Management, Inc. | Sonar system and process |
| US10877124B1 (en) * | 2020-06-23 | 2020-12-29 | Charles A Uzes | System for receiving communications |
| RU2793149C1 (en) * | 2022-08-03 | 2023-03-29 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Small-sized direction finder of hydroacoustic signals |
| RU2795375C1 (en) * | 2022-11-16 | 2023-05-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Hydroacoustic complex for detecting a moving underwater sound source, measuring the bearing to the sound source and the horizon of the sound source in the shallow sea in the infrasonic frequency range |
| RU2810695C1 (en) * | 2023-06-09 | 2023-12-28 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Direction finder of hydroacoustic signals, forming static fan of spatial channels |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Хохлов В. К., Попов А. В. "Построение алгоритмов обработки сигналов в гидроакустических пеленгаторах", Вестник Московского государственного технического университета им. Н. Э. Баумана. Серия "Приборостроение", номер 4, 2006, стр. 59-71. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2440588C1 (en) | Passive radio monitoring method of air objects | |
| RU2444755C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of air objects | |
| RU2444754C1 (en) | Method for detection and spatial localisation of air objects | |
| CN101548195A (en) | Methods and systems for signal selection | |
| Apolinário et al. | A data-selective LS solution to TDOA-based source localization | |
| RU2410712C1 (en) | Method of detecting aerial objects | |
| RU2846409C1 (en) | Multi-range hydroacoustic signal direction finder | |
| RU2407026C1 (en) | Location finding method of narrow-band radio signals of short-wave range | |
| RU2723145C1 (en) | Method and device for detecting noisy objects in the sea with onboard antenna | |
| Memarian et al. | Multiple signals direction finding of IoT devices through improved correlative interferometer using directional elements | |
| RU2017131018A (en) | Global radio-acoustic system for monitoring the fields of the atmosphere, ocean and the earth's crust in the marine environment and recognition of the sources of their formation | |
| RU2267134C2 (en) | Mode of direction finding of radio signals and a direction finder of radio signals | |
| US3197774A (en) | Radar system utilizing a frequency dispersive array | |
| RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
| US3165743A (en) | Amplitude/phase monopulse antenna system | |
| Tomimoto et al. | DOA measurements using synthetic aperture method | |
| RU2472176C1 (en) | Method for passive detection of air objects | |
| US9523770B1 (en) | Multiple frequency parametric sonar | |
| Wan et al. | A range-Doppler-angle estimation method for passive bistatic radar | |
| US4617570A (en) | Interference cancelling receiver having high angular resolution intercept of transmitted radiators | |
| Rahaman et al. | Linearly-arranged Concentric Circular Antenna Array Beamformer Using Tapering Technique | |
| Smit et al. | RUDAR-an experimental noise radar system | |
| RU2679486C1 (en) | Adaptive antenna system for panoramic radio receiver | |
| Vukmirovic et al. | Resolvability of transmitters in coherent direct localization | |
| RU2788079C1 (en) | Method for direction finding of radio emission sources |