RU2573173C1 - External environment monitoring hydroacoustic station - Google Patents
External environment monitoring hydroacoustic station Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573173C1 RU2573173C1 RU2014144346/28A RU2014144346A RU2573173C1 RU 2573173 C1 RU2573173 C1 RU 2573173C1 RU 2014144346/28 A RU2014144346/28 A RU 2014144346/28A RU 2014144346 A RU2014144346 A RU 2014144346A RU 2573173 C1 RU2573173 C1 RU 2573173C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- block
- generator
- inputs
- radiating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля внешней обстановки вокруг охраняемых объектов, например, буровых платформ, гидротехнических сооружений, судов, а также для обнаружения и сопровождения подводных объектов, вторгающихся в контролируемую акваторию натурного водоема, например, в зону гидроакустического полигона, буровых платформ, судов.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to control the external environment around protected objects, for example, drilling platforms, hydraulic structures, ships, as well as for the detection and tracking of underwater objects that invade a controlled area of a natural reservoir, for example, in the zone of a sonar range, drilling platforms, ships.
Известно устройство станции контроля внешней обстановки аналогичного назначения, содержащее акустические приемники, установленные в земле в точках, расположенных на пути излучающих пучков, при этом в качестве источника звука в океане используется наклонная прибрежная часть земли, которая излучает пучки энергии на заданных частотах. Обработка отраженного сигнала позволяет осуществлять контроль подводной обстановки и обнаруживать подводные объекты в заданной области натурного водоема (Патент США N4183009, кл. 367-117 (Н04В 11/00), 1980 г.).A device of a monitoring station for environmental conditions of a similar purpose is known, comprising acoustic receivers installed in the ground at points located on the path of the emitting beams, while the inclined coastal part of the earth that emits energy beams at given frequencies is used as a sound source in the ocean. Processing the reflected signal allows you to control the underwater situation and detect underwater objects in a given area of the natural reservoir (US Patent N4183009, CL 367-117 (HB 11/00), 1980).
Недостатками этого устройства являются ограниченность его применения вблизи прибрежной зоны океана, а также невысокая чувствительность в связи с использованием отраженного (рассеянного) от объекта излучения.The disadvantages of this device are its limited use near the coastal zone of the ocean, as well as low sensitivity due to the use of reflected (scattered) radiation from the object.
Известна гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, например, для обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область натурного водоема, содержащая гидроакустические излучатели различных зон контролируемой водной акватории и приемники акустического сигнала, провзаимодействовшего с подводным объектом, а также блок определения местоположения, курса и скорости движения объекта по параметрам принятого сигнала (Патент США №4319349, МПК G01S 15/04, 1982 г.).A known hydroacoustic station for monitoring the external environment, for example, for detecting an invasion of an underwater object in a controlled area of a natural reservoir, contains hydroacoustic emitters of various zones of a controlled water area and receivers of an acoustic signal interacting with an underwater object, as well as a unit for determining the location, course and speed of an object the received signal parameters (US Patent No. 4319349, IPC G01S 15/04, 1982).
Недостатком устройства является малое соотношение сигнал/шум в принимаемом сигнале ввиду использования рассеянного излучения и отсутствия скрытности в процессе поиска нарушителя.The disadvantage of this device is the low signal-to-noise ratio in the received signal due to the use of scattered radiation and the lack of stealth in the process of searching for an intruder.
Известна гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, например, для обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область натурного водоема, содержащая гидроакустический излучатель различных зон контролируемой водной акватории и приемник акустического сигнала, провзаимодействовшего с подводным объектом, блок определения местоположения, курса и скорости движения объекта по параметрам принятого сигнала, а также систему отражателей, расположенных вдоль эллиптической поверхности, в фокусах которой размещены гидроакустический излучатель и гидроакустический приемник, причем последний выполнен с равномерной характеристикой направленности (Патент РФ №2150123, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, 16.06.1999 г.).A known hydroacoustic station for monitoring the external environment, for example, for detecting an invasion of an underwater object in a controlled area of a natural reservoir, containing a hydroacoustic emitter of various zones of a controlled water area and a receiver of an acoustic signal interacting with an underwater object, a unit for determining the location, course and speed of an object according to the parameters received signal, as well as a system of reflectors located along an elliptical surface, in the foci of which are placed a dioacoustic emitter and a hydroacoustic receiver, the latter being made with a uniform directivity characteristic (RF Patent No. 2150123, IPC G01S 3/80, G01S 15/04, 06.16.1999).
Недостатком устройства является сложность расстановки системы отражателей в контролируемой области принимаемого сигнала, ввиду использования рассеянного излучения и отсутствия скрытности в процессе поиска нарушителя.The disadvantage of this device is the difficulty of arranging a system of reflectors in a controlled area of the received signal, due to the use of scattered radiation and the lack of stealth in the process of searching for an intruder.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому является известная гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, включающая подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор и коммутатор, через который генератор подключен к излучающей и приемной антеннам (Ю.А. Корякин и др. «Корабельная гидроакустическая техника». СПб.: Изд-во «Наука», 2004 г., стр. 340).The closest in technical essence and the achieved result (prototype) to the proposed one is the well-known hydroacoustic station for monitoring the external environment, including an underwater module with a transmitting and receiving antennas, a surface processing and visualization unit, an underwater communication cable connecting the underwater module to the surface processing and visualization unit, as well as a generator and a switch through which the generator is connected to the emitting and receiving antennas (Yu.A. Koryakin et al. “Shipborne hydroacoustic equipment.” St. Petersburg: From Doctor of Science, 2004, p. 340).
Недостатком известного устройства является малая скорость обзора пространства и невозможность получения трехмерного изображения.A disadvantage of the known device is the low speed of the review of space and the inability to obtain a three-dimensional image.
Техническим результатом изобретения является увеличение скорости обзора пространства и обеспечение возможности получения трехмерного изображения.The technical result of the invention is to increase the speed of viewing space and providing the possibility of obtaining a three-dimensional image.
Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической станции контроля внешней обстановки, включающей подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор, генератор выполнен многоканальным и вместе с излучающей и приемной антеннами размещен в едином подводном модуле, в который дополнительно введены блок многоотводных линий задержки, входы которого подключены к отдельным выходам многоканального генератора, блок сумматоров, входы которого подключены к соответствующим выводам блока многоотводных линий задержки, блок усилителей мощности, к входам которого подключены соответствующие выходы блока сумматоров, а выходы подключены к соответствующим элементам излучающей антенны, блок усилителей, подключенный к элементам приемной антенны, блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к выходу блока усилителей, блок управления, подключенный к выходу блока аналого-цифровых преобразователей и к входу многоканального генератора, и блок интерфейса, подключенный между выходом блока управления и надводным блоком обработки и визуализации, при этом надводный блок обработки и визуализации содержит последовательно соединенные блок распаковки сигналов, блок формирователей характеристик направленности, блок вычисления корреляционных функций и блок формирования акустического изображения.The technical result is achieved due to the fact that in the hydroacoustic station for monitoring the external environment, including an underwater module with a radiating and receiving antennas, a surface processing and visualization unit, an underwater communication cable connecting the underwater module to the surface processing and visualization unit, as well as a generator, a generator multichannel and together with the emitting and receiving antennas is located in a single underwater module, which additionally includes a block of multi-tap delay lines, the inputs of which are connected to individual outputs of a multi-channel generator, an adder block, the inputs of which are connected to the corresponding terminals of the multi-branch delay lines, a power amplifier block, to the inputs of which the corresponding outputs of the adder block are connected, and the outputs are connected to the corresponding elements of the radiating antenna, the amplifier block connected to the elements of the receiving antenna, a block of analog-to-digital converters connected to the output of the amplifier unit, a control unit connected to the output of the block of analog-to-digital converters and entry multi-channel generator, and an interface unit connected between the output of the control unit and surface unit of processing and visualization, wherein the surface treatment unit and the imaging unit comprises a series-connected signal unpacking unit formers directivity characteristics unit calculating correlation functions and acoustic image forming unit.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, а на Фиг. 2 - блок-схема блока обработки и визуализации.The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device, and in FIG. 2 is a block diagram of a processing and visualization unit.
Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки содержит подводный модуль 1, включающий многоэлементные излучающую антенну 2 и приемную антенну 3. Элементы этих антенн располагаются таким образом, что формируемые ими лучи имеют узкую направленность во взаимно перпендикулярных плоскостях. Примерами таких антенн являются две взаимно перпендикулярные линейные антенны. Элементы одной из антенн могут также располагаться по окружности, ось которой совпадает с линией расположения элементов другой антенны. Подводный модуль содержит также блок усилителей мощности 4, подключенный к входам излучающей антенны 2, блок сумматоров 5, подключенный к входам блока усилителей мощности 4, блок многоотводных линий задержки 6, к входам которых подключены выходы многоканального генератора 7, последовательно соединенные с элементами приемной антенны 3 блок усилителей 8, блок аналого-цифровых преобразователей 9, блок управления 10, выходы которого подключены к входам многоканального генератора 7, и интерфейс Ethernet 11, который через подводный кабель связи 12 соединен с надводным модулем обработки и визуализации 13, который включает последовательно соединенные блок распаковки сигналов 14, формирователь характеристик направленности 15, блок вычисления корреляционных функций 16 и блок формирования акустического изображения 17.The hydroacoustic station for monitoring the external environment contains an underwater module 1, which includes a multi-element emitting antenna 2 and a receiving antenna 3. The elements of these antennas are arranged so that the rays they form have a narrow directivity in mutually perpendicular planes. Examples of such antennas are two mutually perpendicular linear antennas. Elements of one of the antennas can also be arranged in a circle whose axis coincides with the line of arrangement of elements of another antenna. The underwater module also contains a block of power amplifiers 4 connected to the inputs of the radiating antenna 2, a block of adders 5 connected to the inputs of the block of power amplifiers 4, a block of multi-tap delay lines 6, the inputs of which are connected to the outputs of the multi-channel generator 7, connected in series with the elements of the receiving antenna 3 an amplifier unit 8, an analog-to-digital converter unit 9, a control unit 10, the outputs of which are connected to the inputs of a multi-channel generator 7, and an Ethernet interface 11, which is connected via an underwater communication cable 12 It is connected with the surface processing and visualization module 13, which includes the signal unpacking unit 14 connected in series, the directivity characteristics generator 15, the correlation function calculation unit 16 and the acoustic image forming unit 17.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Подводный модуль 1 размещается в контролируемом водоеме и подключается посредством подводного кабеля связи 12 к надводному блоку обработки и визуализации 13. Блок управления 10 формирует на выходе многоканального генератора 7 сигналы излучения Sl(t), состоящие из независимых М-последовательностей. Число сигналов равно числу лучей L, формируемых излучающей антенной 2. В блоке многоотводных линий задержки 6 для каждого из этих сигналов формируются сдвинутые во времени копии сигналов. Число копий равно числу элементов излучающей антенны N. Величина временного сдвига приравнивается времени упреждения τli прихода сигнала с заданного направления на соответствующий элемент излучающей антенны:The underwater module 1 is located in a controlled reservoir and connected via an underwater communication cable 12 to the surface processing and visualization unit 13. The control unit 10 generates radiation signals Sl (t) consisting of independent M-sequences at the output of the multi-channel generator 7. The number of signals is equal to the number of rays L formed by the radiating antenna 2. In the block of multi-tap delay lines 6, time-shifted copies of the signals are generated for each of these signals. The number of copies is equal to the number of elements of the radiating antenna N. The magnitude of the time shift is equal to the lead time τ li of the arrival of the signal from a given direction to the corresponding element of the radiating antenna:
В блоке сумматоров 5 выполняется сложение сформированных сигналов по всем элементам излучающей антенны для всех направлений ее компенсации:In block adders 5 is the addition of the generated signals for all elements of the emitting antenna for all directions of its compensation:
Сформированные таким образом сигналы после усиления в блоке усилителей мощности 4 подключаются к соответствующим элементам излучающей антенны 2.The signals thus formed after amplification in the block of power amplifiers 4 are connected to the corresponding elements of the radiating antenna 2.
Сигналы с выхода элементов приемной антенны 3 раздельно усиливаются в блоке усилителей 8, оцифровываются в блоке аналого-цифровых преобразователей 9 и через блок управления 10, интерфейс Ethernet 11, по подводному кабелю 12 поступают на надводный модуль обработки и визуализации 13, выполненный на базе персонального компьютера с интерфейсом Ethernet.The signals from the output of the elements of the receiving antenna 3 are separately amplified in the block of amplifiers 8, digitized in the block of analog-to-digital converters 9 and through the control unit 10, Ethernet 11, via an underwater cable 12 are fed to the surface processing and visualization module 13, based on a personal computer with Ethernet interface.
Блок-схема обработки, выполняемой над принятыми сигналами, представлена на фиг. 2. Блок распаковки сигналов 14 осуществляет распаковку принимаемого сигнала на сигналы S3,r(t) от отдельных элементов приемной антенны 3. В блоке формирователей характеристики направленности 15 производится суммирование этих сигналов с компенсацией их времени прихода на r-й приемный элемент с k-го направления:A flowchart of the processing performed on the received signals is shown in FIG. 2. The signal decompression unit 14 unpacks the received signal into signals S 3, r (t) from the individual elements of the receiving antenna 3. In the block of the formers of the directivity characteristic 15, these signals are summed up with compensation for their arrival time at the rth receiving element with k- direction:
В блоке вычисления корреляционных функций 16 выполняется вычисление корреляционной функции сформированных сигналов с каждым из излученных сигналов Sl:In the block for calculating the correlation functions 16, the correlation function of the generated signals is calculated with each of the emitted signals S l :
Сформированный сигнал позволяет выделить сигнал, рассеянный элементом трехмерного пространства, координаты которого определяются двумя углами, соответствующими направлениям компенсации приемной и излучающей антенн 2 и 3, и временем задержки, соответствующим дистанции. Модули корреляционных функций отображаются блоком формирования акустического изображения 17.The generated signal allows you to select the signal scattered by the element of three-dimensional space, the coordinates of which are determined by two angles corresponding to the compensation directions of the receiving and radiating antennas 2 and 3, and the delay time corresponding to the distance. Modules of correlation functions are displayed by the acoustic imaging unit 17.
Таким образом, при каждой посылке зондирующего сигнала производится обзор всего пространства, причем размерность обзора пространства равняется трем, т.е. обеспечивается увеличение скорости обзора пространства и возможность контроля внешней обстановки с получением трехмерного изображения.Thus, with each sending of the probing signal, an overview of the entire space is performed, and the dimension of the space survey is three, i.e. provides an increase in the speed of the review of space and the ability to control the external environment with obtaining a three-dimensional image.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144346/28A RU2573173C1 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | External environment monitoring hydroacoustic station |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014144346/28A RU2573173C1 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | External environment monitoring hydroacoustic station |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2573173C1 true RU2573173C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55087126
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014144346/28A RU2573173C1 (en) | 2014-11-05 | 2014-11-05 | External environment monitoring hydroacoustic station |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2573173C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680673C1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-02-25 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic station for detecting small-dimensional objects |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2150123C1 (en) * | 1999-06-16 | 2000-05-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for detection of intrusion of underwater object into monitored region of natural pool |
RU2242021C2 (en) * | 2002-07-15 | 2004-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Sonar method for detection of underwater objects moving at low radial velocity in controlled water area and sonar circular scanning station realizing this method |
RU2269449C1 (en) * | 2004-06-02 | 2006-02-10 | Тихоокеанский военно-морской институт им. С.О. Макарова | Method of protection of water area against underwater diversion forces and device for realization of this method |
RU104330U1 (en) * | 2010-08-31 | 2011-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | HYDROACOUSTIC STATION FOR SHIPBOAT SHIP |
RU114170U1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-03-10 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | HYDROACOUSTIC COMPLEX OF MONITORING AND LIGHTING OF UNDERWATER SITUATIONS |
-
2014
- 2014-11-05 RU RU2014144346/28A patent/RU2573173C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2150123C1 (en) * | 1999-06-16 | 2000-05-27 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for detection of intrusion of underwater object into monitored region of natural pool |
RU2242021C2 (en) * | 2002-07-15 | 2004-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Sonar method for detection of underwater objects moving at low radial velocity in controlled water area and sonar circular scanning station realizing this method |
RU2269449C1 (en) * | 2004-06-02 | 2006-02-10 | Тихоокеанский военно-морской институт им. С.О. Макарова | Method of protection of water area against underwater diversion forces and device for realization of this method |
RU104330U1 (en) * | 2010-08-31 | 2011-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | HYDROACOUSTIC STATION FOR SHIPBOAT SHIP |
RU114170U1 (en) * | 2011-06-08 | 2012-03-10 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | HYDROACOUSTIC COMPLEX OF MONITORING AND LIGHTING OF UNDERWATER SITUATIONS |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2680673C1 (en) * | 2017-12-04 | 2019-02-25 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic station for detecting small-dimensional objects |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2440588C1 (en) | Passive radio monitoring method of air objects | |
RU2456634C1 (en) | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system | |
CN109239712B (en) | Noise detection method based on underwater sound field and sound energy flow | |
RU2528556C1 (en) | Method of processing sonar echo signal | |
US20100142326A1 (en) | Method For Identifying Gas Leaks Using A Stationary Seabed Placed Steered Beamformed Acoustic Antenna With Active Narrow Beam Transmitter Interrogation Capability | |
RU2659100C1 (en) | Large-scale radio-hydro acoustic system formation and application method for monitoring, recognizing and classifying the fields generated by the sources in marine environment | |
RU2515179C1 (en) | Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions | |
RU2346295C1 (en) | Active sonar | |
RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU2225991C2 (en) | Navigation sonar to illuminate near situation | |
RU2573173C1 (en) | External environment monitoring hydroacoustic station | |
JP2012225667A (en) | Ultrasonic transceiver, detection method for fixed quantity and detection method for fish amount | |
RU108858U1 (en) | ACTIVE HYDROLOCATOR | |
RU2626295C1 (en) | Automatic detection and classification system of short-range sonar | |
RU2444753C1 (en) | Radio monitoring method of air objects | |
RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
RU2444756C1 (en) | Detection and localisation method of air objects | |
RU2477497C2 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU90574U1 (en) | ACTIVE HYDROLOCATOR | |
RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
RU2408897C1 (en) | Active sonar | |
KR101903880B1 (en) | Apparatus and method for detecting buried structure | |
RU2724145C1 (en) | Hydroacoustic monitoring station of underwater situation | |
RU2510045C2 (en) | Side-scanning phase sonar | |
Gebbie et al. | Passive acoustic array harbor security applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161106 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190517 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200204 |