RU165657U1

RU165657U1 - HYDROACOUSTIC SHOULDER

Info

Publication number: RU165657U1
Application number: RU2016120134/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Николаевич Ковалев
Priority date: 2016-05-24
Filing date: 2016-05-24
Publication date: 2016-10-27

Abstract

Гидроакустический шумопеленгатор, включающий подключенный к компьютеру электронный блок управления и обработки информации, соединенный с векторными приемниками, отличающийся тем, что в качестве векторных приемников используют два комбинированных векторных приемника, размещенных на поворотной балке симметрично относительно центра ее вращения, при этом оси чувствительности векторных приемников по-разному ориентированы относительно продольной оси балки, а поворотная балка снабжена механизмом поворота с датчиком угла поворота.Hydroacoustic noise finder, including an electronic control and information processing unit connected to a computer, connected to vector receivers, characterized in that two combined vector receivers are used as vector receivers placed on a rotary beam symmetrically with respect to its rotation center, while the sensitivity axes of the vector receivers are they are oriented differently relative to the longitudinal axis of the beam, and the rotary beam is equipped with a rotation mechanism with a rotation angle sensor.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения местоположения подводных и надводных объектов, излучающих акустические сигналы, и может быть применено в системах для обнаружения и определения координат подобных шумящих источников.The utility model relates to measuring equipment, namely, devices for determining the location of underwater and surface objects emitting acoustic signals, and can be used in systems for detecting and determining the coordinates of such noisy sources.

Известен гидроакустический шумопеленгатор п. РФ №37235 U1, опубл. 10.04.2004. Известное устройство содержит гидроакустическую антенну, многоканальный приемный тракт, а также различные дополнительные тракты и блоки, в том числе блок расчета потерь на распространение и блок памяти шумов различных целей. Устройство позволяет определять пеленг на шумящий объект за счет наличия многоканальной антенны с формируемой характеристикой направленности, а также оценивать дистанцию до объекта с помощью расчета потерь на распространение и использования априорной информации о шумах целей, хранящейся в блоке памяти шумов. Однако, устройство является технически сложным и требует как наличия информации о потерях на распространение вдоль линии пеленга, которые зависят от гидрологических условий и требуют постоянного мониторинга, так и априорной информации о шумах цели, которые 1) могут отсутствовать 2) требуют провести классификацию цели, что само по себе является достаточно сложной задачей.Known sonar direction finder p. RF №37235 U1, publ. 04/10/2004. The known device contains a hydroacoustic antenna, a multi-channel receiving path, as well as various additional paths and blocks, including a block for calculating propagation losses and a noise memory block for various purposes. The device allows you to determine the bearing on a noisy object due to the presence of a multi-channel antenna with a formed directivity characteristic, as well as to estimate the distance to the object by calculating the propagation loss and using a priori information about the noise of the targets stored in the noise memory. However, the device is technically complex and requires both the availability of information about propagation losses along the bearing line, which depend on hydrological conditions and require constant monitoring, as well as a priori information about target noise, which 1) may be absent 2) require classification of the target, which In itself, is quite a challenge.

Наиболее близким по назначению к заявляемой полезной модели является шумопеленгатор п. РФ №2284543 C1, опубл. 27.09.2006. Устройство содержит измерительный блок, включающий три векторных приемника, ориентированных по декартовой системе координат и электронный блок управления и обработки информации, подключенный к компьютеру. Пеленгатор позволяет определить пространственные координаты и кинематические характеристики движущегося шумящего подводного объекта. Однако использование трех векторных приемников с соответствующими трактами обработки усложняет конструкцию, а определение пространственных координат с высокой точностью требует существенного времени наблюдения за движением объекта, в процессе которого объект должен обязательно пересечь линию траверза.The closest in purpose to the claimed utility model is the direction finder p. RF №2284543 C1, publ. 09/27/2006. The device comprises a measuring unit, including three vector receivers oriented according to the Cartesian coordinate system and an electronic control and information processing unit connected to a computer. The direction finder allows you to determine the spatial coordinates and kinematic characteristics of a moving, noisy underwater object. However, the use of three vector receivers with corresponding processing paths complicates the design, and the determination of spatial coordinates with high accuracy requires a significant amount of time to observe the movement of the object, during which the object must necessarily cross the traverse line.

Задачей заявляемой полезной модели является расширение ассортимента гидроакустических пеленгаторов.The objective of the claimed utility model is to expand the range of sonar direction finders.

Технический результат заявляемого устройства - определение пеленга на шумящий объект при одновременном упрощении конструкции.The technical result of the claimed device is the determination of the bearing on a noisy object while simplifying the design.

Поставленная задача решается гидроакустическим шумопеленгатором, включающим подключенный к компьютеру электронный блок управления и обработки информации, соединенный с двумя комбинированными векторными приемниками, размещенными на поворотной балке симметрично относительно центра ее вращения, при этом оси чувствительности векторных приемников по-разному ориентированы относительно продольной оси балки, а поворотная балка снабжена механизмом поворота с датчиком угла поворота.The problem is solved by a hydroacoustic noise finder, which includes an electronic control and information processing unit connected to a computer and connected to two combined vector receivers placed symmetrically on the rotary beam relative to its rotation center, while the sensitivity axes of vector receivers are differently oriented relative to the longitudinal axis of the beam, and the swing beam is equipped with a swing mechanism with a rotation angle sensor.

Схема работы заявляемого устройства приведена на фиг, где: 1, 2 - комбинированные векторные приемники, 3 - источник шума, 4 - поворотная балка, 5 - привод поворота с датчиком угла поворота.The operation scheme of the inventive device is shown in Fig, where: 1, 2 are combined vector receivers, 3 is a noise source, 4 is a rotary beam, 5 is a rotation drive with a rotation angle sensor.

В качестве комбинированных векторных приемника могут быть использованы любые известные типы комбинированных приемников, а система поворота балки с датчиком угла поворота может быть выполнена с использованием, например, электромотора и датчиков поворота типа энкодера или сельсина или потенциометрического датчика.As a combined vector receiver, any known types of combined receivers can be used, and the beam rotation system with a rotation angle sensor can be implemented using, for example, an electric motor and rotation sensors such as an encoder or selsyn or a potentiometric sensor.

Принцип работы устройства основан на определении пеленгов на шумящий объект (3) относительно комбинированных векторных приемников (1) и (2). При известном положении приемников в какой-либо системе координат, линии пеленгов описываются уравнениями вида y=kx+b. За счет наличия двух приемников получается два уравнения, образующие систему двух уравнений с двумя неизвестными. Решением системы уравнений будут координаты шумящего объекта (3) в вышеупомянутой системе координат.The principle of operation of the device is based on the determination of bearings on a noisy object (3) relative to combined vector receivers (1) and (2). Given the known position of the receivers in any coordinate system, the bearing lines are described by equations of the form y = kx + b. Due to the presence of two receivers, two equations are obtained that form a system of two equations with two unknowns. The solution to the system of equations will be the coordinates of the noisy object (3) in the above coordinate system.

Работает устройство следующим образом. На акватории, за состоянием которой ведется наблюдение, на одном основании (поворотной балке 5) размещают два комбинированных векторных приемника, координаты которых в известной системе координат, например, географической, которая далее будет именоваться основной, известны. Используемые комбинированные векторные приемники имеют два ортогональных канала X и Y с дипольной характеристикой направленности, чувствительными к вектору колебательной скорости в акустической волне, и канал P, чувствительный к скалярному давлению акустической волны. Ориентация каналов X и Y приемников (т.е. угол между направлением на север и положительным направлением канала, например, X) также известна за счет наличия в приводе поворота датчика угла поворота, генерирующего сигнал, пропорциональный углу поворота балки в основной системе координат. Сигналы датчиков каналов векторных приемников X, Y и P с помощью электронного блока подвергаются усилению, фильтрации, оцифровке и вводятся в компьютер. При наличии на акватории шумящего источника (3) акустические волны, распространяясь в среде по направлениям R1 и R2, вызовут в местах расположения приемников акустические поля, вектор колебательной скорости которых даст проекции на оси чувствительных элементов векторных приемников величиной X1, Y1 и X2, Y2, соответственно, за счет наличия у каналов дипольной характеристики направленности и их величины будут определяться ориентацией каналов относительно источника шума (3), т.е. углами A1 и A2. При этом тангенс угла A1 равен отношению Y1/X1, тангенс угла A2 равен отношению Y2/X2. Следует отметить, что непосредственное использование величин сигналов X и Y для вычисления функции тангенса без учета знака ведет к неопределенности, когда одно и то же сочетание сигналов возможно при четырех различных направлениях вектора колебательной скорости, различающихся на 90°. Для разрешения неопределенности используют фазовые соотношения сигналов X и Y по отношению к сигналу канала P: если разность фаз сигналов в канале X или Y и в канале P меньше 180°, значит сигнал X или Y берется со знаком «+», если же разность фаз между вышеназванными каналами больше либо равна 180°, то сигнал X или Y берется со знаком «-». Таким образом, с помощью вычисления соотношений между сигналами X и Y, взятыми со своими знаками, определяемыми путем измерения фаз сигналов каналов X и Y относительно сигнала канала P, получается возможным определение углов A1 и A2 пеленгования шумящего объекта (3), что, в свою очередь, позволяет определить его координаты в основной системе координат, в которой известны координаты приемников 1 и 2 а также ориентация их каналов, путем решения системы двух уравнений с двумя неизвестными, описывающими линии пеленгов R1 и R2. Все необходимые для осуществления операции определения координат объекта (3) процедуры осуществляются с помощью компьютера, в который вводятся заранее оцифрованные сигналы от комбинированных векторных приемников. При этом, по необходимости, с введенными сигналами может быть произведена любая дополнительная обработка, такая, как например, узкополосная фильтрация, осреднение, нормирование с целью увеличения отношения сигнал/шум или избавления от импульсных помех. Компьютер при этом должен быть оснащен интерфейсом, позволяющим вводить исходные параметры, такие как координаты комбинированных векторных приемников и их ориентацию в основной системе координат, а также отображать данные по рассчитанным координатам источников шума. При работе устройства, если расположение шумящего источника (3) случайно окажется почти или совпадающим с направлением оси чувствительности любого из каналов X или Y любого из векторных приемников (1) или (2), погрешность определения координат шумящего источника (3) резко возрастает в связи с тем, что один из сигналов, используемых для расчета линии пеленга, стремится в таком случае к нулю и, за счет присутствия всякого рода помех, как помех акватории, так и помех в виде собственных шумов, не может быть использован, для определения фазы, и, соответственно, своего знака. Для пеленгования объектов в таких случаях осуществляется поворот несущей балки на некоторый угол, например 45°, после чего условия пеленгования объекта существенно улучшаются. Данные по изменившейся при этом ориентации векторных приемников в основной системе координат передаются в компьютер за счет наличия датчика угла поворота, сигнал которого непрерывно оцифровывается и передается в компьютер наравне с сигналами комбинированных векторных приемников. При этом для принятия решения на поворот балки оси чувствительности комбинированный векторных приемников по-разному ориентированы относительно продольной оси балки, оставаясь при этом известными, с тем, чтобы шумящий объект не оказался на оси чувствительности канала одновременно у обоих векторных приемников.The device operates as follows. In the water area, the state of which is being monitored, on one base (pivot beam 5) two combined vector receivers are placed, the coordinates of which are known in a known coordinate system, for example, geographical, which will be called the main one. The combined vector receivers used have two orthogonal channels X and Y with a dipole directivity characteristic sensitive to the vibrational velocity vector in an acoustic wave, and channel P sensitive to scalar acoustic wave pressure. The orientation of the X and Y channels of the receivers (i.e., the angle between the north direction and the positive direction of the channel, for example, X) is also known due to the presence of a rotation angle sensor in the rotation drive that generates a signal proportional to the angle of rotation of the beam in the main coordinate system. The signals of the channel sensors of the vector receivers X, Y, and P are amplified, filtered, digitized, and input to a computer using an electronic unit. In the presence of a noisy source in the water area (3), acoustic waves propagating in the medium along the directions R1 and R2 will cause acoustic fields at the locations of the receivers, the vibrational velocity vector of which will give projections on the axis of the sensitive elements of the vector receivers of the values X1, Y1 and X2, Y2, accordingly, due to the presence of the dipole directivity characteristics of the channels and their values will be determined by the orientation of the channels relative to the noise source (3), i.e. angles A1 and A2. In this case, the tangent of the angle A1 is equal to the ratio Y1 / X1, the tangent of the angle A2 is equal to the ratio Y2 / X2. It should be noted that the direct use of the values of the X and Y signals to calculate the tangent function without taking into account the sign leads to uncertainty when the same combination of signals is possible for four different directions of the vibrational velocity vector that differ by 90 °. To resolve the uncertainty, the phase relations of the X and Y signals are used with respect to the signal of channel P: if the phase difference of the signals in channel X or Y and in channel P is less than 180 °, then the signal X or Y is taken with a “+” sign, if the phase difference between the above channels is greater than or equal to 180 °, then the signal X or Y is taken with a "-" sign. Thus, by calculating the ratios between the X and Y signals taken with their signs, determined by measuring the phases of the signals of the X and Y channels relative to the signal of the P channel, it is possible to determine the angles A1 and A2 of the direction finding of the noisy object (3), which, in its In turn, it allows one to determine its coordinates in the main coordinate system, in which the coordinates of receivers 1 and 2 are known, as well as the orientation of their channels, by solving a system of two equations with two unknowns that describe the bearing lines R1 and R2. All necessary procedures for determining the coordinates of the object (3) are carried out using a computer into which pre-digitized signals from combined vector receivers are input. In this case, if necessary, any additional processing can be performed with the input signals, such as, for example, narrow-band filtering, averaging, and normalization in order to increase the signal-to-noise ratio or to get rid of impulse noise. The computer should be equipped with an interface that allows you to enter the initial parameters, such as the coordinates of the combined vector receivers and their orientation in the main coordinate system, as well as display data on the calculated coordinates of the noise sources. When the device is operating, if the location of the noise source (3) accidentally turns out to be almost or coincident with the direction of the sensitivity axis of any of the channels X or Y of any of the vector receivers (1) or (2), the error in determining the coordinates of the noise source (3) sharply increases due to so that one of the signals used to calculate the bearing line tends to zero in this case and, due to the presence of all kinds of interference, both interference from the water area and interference in the form of intrinsic noise, cannot be used to determine the phase, and, accordingly Actually, its sign. For direction finding of objects in such cases, the support beam is rotated by a certain angle, for example 45 °, after which the direction finding conditions of the object are significantly improved. Data on the orientation of the vector receivers that changed in the main coordinate system is transmitted to the computer due to the presence of a rotation angle sensor, the signal of which is continuously digitized and transmitted to the computer along with the signals of the combined vector receivers. At the same time, in order to make a decision on the rotation of the sensitivity axis, the combined vector receivers are differently oriented relative to the longitudinal axis of the beam, while remaining known so that the noisy object does not appear on the channel sensitivity axis at the same time for both vector receivers.

Claims

Hydroacoustic noise finder, including an electronic control and information processing unit connected to a computer, connected to vector receivers, characterized in that two combined vector receivers are used as vector receivers placed on a rotary beam symmetrically with respect to its rotation center, while the sensitivity axes of the vector receivers are they are oriented differently relative to the longitudinal axis of the beam, and the swing beam is equipped with a rotation mechanism with a rotation angle sensor.