RU2754604C1 - Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle - Google Patents

Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2754604C1
RU2754604C1 RU2020138072A RU2020138072A RU2754604C1 RU 2754604 C1 RU2754604 C1 RU 2754604C1 RU 2020138072 A RU2020138072 A RU 2020138072A RU 2020138072 A RU2020138072 A RU 2020138072A RU 2754604 C1 RU2754604 C1 RU 2754604C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
receiving
emitting
sonar
electronics unit
Prior art date
Application number
RU2020138072A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Касымович Хаметов
Михаил Анатольевич Бородин
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2020138072A priority Critical patent/RU2754604C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2754604C1 publication Critical patent/RU2754604C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydroacoustics.SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustic technology, in particular to the onboard equipment of autonomous uninhabited underwater search vehicles of light and medium class of modular design. Essence: the use of a receiving linear antenna array made it possible to reduce the number of piezoelectric converters in the antenna and, as a result, simplify the equipment of the receiving path, and the introduction of a stepper drive into the device provided a circular view in the vertical plane. The possibility of obtaining a “shadow image” made it possible to increase the efficiency of detecting bottom and near-bottom objects.EFFECT: increasing efficiency of detecting bottom and near-bottom objects and simplifying the equipment of the receiving path.1 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустической технике, в частности к бортовой аппаратуре поисковых автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) легкого и среднего класса модульного исполнения.The invention relates to hydroacoustic equipment, in particular to onboard equipment for search autonomous unmanned underwater vehicles (AUV) of light and medium class modular design.

Поисковые работы в водной среде характеризуются проведением сложных мероприятий и являются одной из актуальных задач. Применение АНПА для поиска подводных объектов является важным направлением, эффективность которого во многом зависит от технических возможностей гидролокационных средств, входящих в состав системы технического зрения аппарата.Prospecting work in the aquatic environment is characterized by complex activities and is one of the urgent tasks. The use of AUVs to search for underwater objects is an important area, the effectiveness of which largely depends on the technical capabilities of the sonar means that are part of the machine's vision system.

Известны гидролокационные станции (гидролокаторы) бокового (ГБО) и переднего обзора (ГПО) АНПА, например, АНПА AUSS (Advanced Unmanned Search System) (Автономные подводные роботы: системы и технологии / М.Д. Агеев, Л.В. Киселев, Ю.В. Матвиенко и др.; под общ. ред. М.Д. Агеева; [отв. ред. Л.В. Киселев]; Ин-т проблем морских технологий. - М.: Наука, 2005 г., стр. 15-16). ГБО предназначен для предварительного обзора района поиска и целеуказания, ГПО - для допоиска и более детального обследования обнаруженных объектов.Known sonar stations (sonars) lateral (HBO) and forward looking (GPO) AUV, for example, AUV AUSS (Advanced Unmanned Search System) (Autonomous underwater robots: systems and technologies / M.D. Ageev, L.V. Kiselev, Yu. V. Matvienko and others; under the general editorship of M.D. Ageev; [editor-in-chief L.V. Kiselev]; Institute of problems of marine technologies. - M .: Nauka, 2005, p. 15-16). SSS is intended for a preliminary survey of the search area and target designation, GPO - for additional search and a more detailed examination of the detected objects.

Известны также другие поисковые гидролокационные средства, предназначенные для использования на АНПА (http://www.auvac.org). Все перечисленные устройства с учетом типовой схемы их размещения обеспечивают обнаружение объектов, расположенных главным образом в полупространстве под АНПА, и именно с этим связан их основной недостаток - наличие непросматриваемой зоны над аппаратом.Also known are other search sonar tools intended for use on the AUV (http://www.auvac.org). All of the above devices, taking into account the typical scheme of their placement, ensure the detection of objects located mainly in the half-space under the AUV, and this is precisely the reason for their main drawback - the presence of an obscure zone above the vehicle.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по своему назначению, технической сущности и достигаемым результатам является гидролокатор кругового обзора (ГКО) TVSS (Toroidal Volume Search Sonar) (патент США N 5,506,812, опубликованный 9.04.1996 г.). Гидролокатор-прототип содержит цилиндрический корпус с носовой оживальной частью, блок электроники, излучающую и приемную гидроакустические антенны. Вход излучающей антенны и выход приемной антенны соединены с соответствующими выходом и входом блока электроники. Излучающая антенна выполнена в виде цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя, а приемная антенна - в виде цилиндрической антенной решетки, содержащей т пьезоэлектрических преобразователей, при этом антенны установлены соосно и вблизи друг друга на цилиндрической поверхности корпуса гидролокатора. Гидролокатор-прототип выполнен в виде буксируемого необитаемого подводного аппарата (НПА).The closest to the claimed invention in terms of its purpose, technical essence and the achieved results is a circular view sonar (GKO) TVSS (Toroidal Volume Search Sonar) (US patent N 5,506,812, published on April 9, 1996). The prototype sonar contains a cylindrical body with a bow ogival part, an electronics unit, emitting and receiving sonar antennas. The input of the emitting antenna and the output of the receiving antenna are connected to the corresponding output and input of the electronics unit. The emitting antenna is made in the form of a cylindrical piezoelectric transducer, and the receiving antenna is in the form of a cylindrical antenna array containing m piezoelectric transducers, while the antennas are installed coaxially and close to each other on the cylindrical surface of the sonar body. The prototype sonar is designed as a towed unmanned underwater vehicle (UUV).

Гидролокатор-прототип производит всенаправленное (круговое) излучение акустического зондирующего сигнала в вертикальной плоскости (ВП). При этом в блоке электроники формируется электрический сигнал, который поступает на излучающую гидроакустическую антенну, где электрическая энергия преобразуется в акустическую и излучается в водную среду.The prototype sonar produces omnidirectional (circular) radiation of an acoustic sounding signal in the vertical plane (VP). In this case, an electrical signal is generated in the electronics unit, which is fed to a radiating hydroacoustic antenna, where the electrical energy is converted into acoustic energy and emitted into the aquatic environment.

В режиме приема эхо-сигналы в смеси с помехой принимаются пьезоэлектрическими преобразователями приемной гидроакустической антенны и преобразуются в электрические сигналы, поступающие в блок электроники. В нем принятые сигналы подвергаются предварительной обработке и далее передаются на носитель буксируемого НПА, где отображаются в виде кадра информации по т направлениям наблюдения в секторе 360°.In the receiving mode, echo signals mixed with interference are received by piezoelectric transducers of the receiving hydroacoustic antenna and are converted into electrical signals entering the electronics unit. In it, the received signals are pre-processed and then transmitted to the carrier of the towed UUV, where they are displayed in the form of a frame of information in t directions of observation in the 360 ° sector.

Обнаружение объектов производится оператором визуально или автоматически на основе дешифрования кадров информации, получаемых в каждом цикле «излучение-прием». При этом обзор пространства в ВП происходит за счет распространения в водной среде акустических зондирующих сигналов, а в направлении движения - за счет поступательного движения буксируемого НПА.The detection of objects is performed by the operator visually or automatically based on decryption of information frames received in each "emission-reception" cycle. In this case, the survey of space in the airspace occurs due to the propagation of acoustic sounding signals in the aquatic environment, and in the direction of movement - due to the translational movement of the towed UUV.

Недостатками гидролокатора-прототипа являются:The disadvantages of the prototype sonar are:

- возможные пропуски (необнаружения) донных и придонных объектов, расположенных в стороне от гидролокатора, из-за появления вблизи границы раздела сред в каждой из боковых характеристик направленности (ХН) в режиме приема непросматриваемого слоя;- possible omissions (non-detection) of bottom and bottom objects located away from the sonar, due to the appearance near the interface of the media in each of the lateral directivity characteristics (HN) in the reception mode of the obscure layer;

- при этом большое количество пьезоэлектрических преобразователей в приемной антенне, и как следствие, сложность аппаратуры приемного тракта.- at the same time, a large number of piezoelectric transducers in the receiving antenna, and, as a consequence, the complexity of the equipment of the receiving path.

Задача изобретения состоит в обеспечении эффективного поиска объектов в водной среде.The objective of the invention is to provide an effective search for objects in the aquatic environment.

Технический результат реализации изобретения заключается в повышении эффективности обнаружения донных и придонных объектов и упрощении аппаратуры приемного тракта.The technical result of the implementation of the invention is to improve the detection efficiency of bottom and bottom objects and to simplify the equipment of the receiving tract.

Для достижения технического результата в ГКО, содержащий цилиндрический корпус с носовой оживальной частью, блок электроники, излучающую и приемную гидроакустические антенны, при этом вход излучающей антенны и выход приемной антенны соединены с соответствующими выходом и входом блока электроники, введены новые признаки, а именно:To achieve the technical result, the GKO, containing a cylindrical body with a bow ogival part, an electronics unit, emitting and receiving hydroacoustic antennas, while the input of the emitting antenna and the output of the receiving antenna are connected to the corresponding output and input of the electronics unit, new features have been introduced, namely:

- ГКО выполнен в виде отсечного модуля полезной нагрузки АНПА легкого или среднего класса модульного исполнения;- GKO is made in the form of a cut-off module of the AUV payload of light or medium class of modular design;

- блок электроники, излучающая и приемная гидроакустические антенны выполнены в виде конструктивно и функционально законченной антенной системы, установленной по оси ГКО в его носовой оживальной части, которая представляет собой съемный заполненный водой звукопрозрачный обтекатель;- the electronics unit, the emitting and receiving hydroacoustic antennas are made in the form of a structurally and functionally complete antenna system installed along the GKO axis in its bow ogival part, which is a removable sound-transparent fairing filled with water;

- введен шаговый привод, выполненный с возможностью поворота антенной системы в секторе 360° вокруг оси ГКО, причем шаговый привод механически присоединен к антенной системе, а его электрический вход подключен к соответствующему выходу блока электроники;- introduced a stepper drive, made with the ability to rotate the antenna system in the sector 360 ° around the axis of the GKO, and the stepper drive is mechanically connected to the antenna system, and its electrical input is connected to the corresponding output of the electronics unit;

- излучающая антенна выполнена в виде цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя с одним активным сегментом, а приемная антенна - в виде линейной антенной решетки, при этом излучающая и приемная антенны установлены с углом наклона 20° к оси антенной системы.- the emitting antenna is made in the form of a cylindrical piezoelectric transducer with one active segment, and the receiving antenna is in the form of a linear antenna array, while the emitting and receiving antennas are installed with an inclination angle of 20 ° to the axis of the antenna system.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-6.The essence of the invention is illustrated in FIG. 1-6.

На фиг. 1 изображены заявляемый гидролокатор и АНПА, где 1 - заявляемый гидролокатор, 2 - АНПА, 3 - корпус гидролокатора, 4 - обтекатель, 5 - антенная система.FIG. 1 shows the inventive sonar and the AUV, where 1 is the inventive sonar, 2 is the AUV, 3 is the sonar body, 4 is the fairing, 5 is the antenna system.

На фиг. 2 изображен заявляемый гидролокатор в разрезе, где 6 - шаговый привод, 7 - вращающийся коллектор, 8 - вал, 9 - подшипник скольжения опоры, 10 - сальник, 11 - муфта, 12 - соединительный узел, 13 - электрический вывод.FIG. 2 shows the inventive sonar in section, where 6 is a stepper drive, 7 is a rotating collector, 8 is a shaft, 9 is a support sliding bearing, 10 is an oil seal, 11 is a coupling, 12 is a connecting unit, 13 is an electrical outlet.

На фиг. 3 изображена антенная система, где 14 и 15 - излучающая и приемная гидроакустические антенны, 16 - корпус антенной системы.FIG. 3 shows the antenna system, where 14 and 15 are the emitting and receiving hydroacoustic antennas, 16 - the body of the antenna system.

На фиг. 4 изображена структурная схема заявляемого гидролокатора, где 17 - блок электроники, 18 - аппаратура управления и цифровой обработки сигналов (АУЦОС), 19 - генераторное устройство (ГУ), 20 - аппаратура предварительной обработки сигналов (АПОС), 21 - вторичный источник электропитания (ВИП).FIG. 4 shows a block diagram of the proposed sonar, where 17 is an electronics unit, 18 is a control and digital signal processing equipment (AUTSOS), 19 is a generator device (PG), 20 is a signal preprocessing equipment (APS), 21 is a secondary power supply source (VIP ).

На фиг. 5 изображен обзор пространства заявляемым гидролокатором при поиске подводных объектов, где 22 - озвученный объем водной среды, 23 и 24 - донный и придонный объекты, 25 - объект, находящийся в толще воды.FIG. 5 shows an overview of the space by the claimed sonar when searching for underwater objects, where 22 is the sounded volume of the aquatic environment, 23 and 24 are bottom and bottom objects, 25 is an object located in the water column.

На фиг. 6 изображен кадр информации, где 26 и 27 - гидролокационные отметки (ГЛО) донного и придонного объектов, 28 - ГЛО объекта, находящегося в толще воды, 29 и 30 - акустические тени донного и придонного объектов.FIG. 6 shows a frame of information, where 26 and 27 are sonar marks (GLO) of the bottom and bottom objects, 28 are the GLO of an object located in the water column, 29 and 30 are acoustic shadows of the bottom and bottom objects.

Заявляемый гидролокатор 1 (фиг. 1 и 2) конструктивно состоит из корпуса 3 цилиндрической формы, выполненного силовым, и съемного обтекателя 4, заполняемого забортной водой. В обтекателе 4 размещается антенная система 5, а в корпусе 3 крепится шаговый привод 6 и размещается вращающийся коллектор 7. Антенная система 5 и вращающийся коллектор 7 установлены на валу 8, причем последний установлен в подшипнике 9 скольжения опоры, впрессованном в переднюю торцевую крышку корпуса 3. Во избежание попадания забортной воды в корпус 3, уплотнение вала 8 осуществляется сальником 10. Выходной вал шагового привода 6 посредством муфты 11 присоединен к валу 8. На задней части корпуса 3 имеется соединительный узел 12 и установлен электрический вывод 13 для обеспечения герметичной стыковки и электрического соединения заявляемого устройства 1 с другим отсечным модулем АНПА 2.The inventive sonar 1 (Fig. 1 and 2) structurally consists of a cylindrical body 3, made by power, and a removable fairing 4, filled with seawater. Antenna system 5 is located in the fairing 4, and a stepper drive 6 is mounted in the housing 3 and a rotating collector 7 is located. Antenna system 5 and a rotating collector 7 are mounted on a shaft 8, the latter being installed in a support sliding bearing 9 pressed into the front end cover of the housing 3 To avoid the ingress of seawater into the housing 3, the shaft 8 is sealed with an oil seal 10. The output shaft of the stepper drive 6 is connected to the shaft by means of the coupling 11. connections of the claimed device 1 with another cut-off module AUV 2.

Антенная система 5 (фиг. 3) выполнена в виде конструктивно и функционально законченного устройства и содержит излучающую 14 и приемную 15 гидроакустические антенны, корпус 16 и блок 17 электроники (на фиг. 3 не показан). Конструктивно блок 17 электроники состоит из несущей рамы и электронных модулей, размещенных в корпусе 16. Функционально блок 17 электроники (фиг. 4) состоит из АУЦОС 18, ГУ 19, АПОС 20 и ВИП 21. Один из выходов АУЦОС 18 подключен к входу ГУ 19, выход которого соединен с входом излучающей гидроакустической антенны 14, а другой выход - через вращающийся коллектор 7 к входу шагового привода 6. Один из входов АУЦОС 18 подключен к выходу АПОС 20, вход которого соединен с выходом приемной гидроакустической антенны 15. Электропитание и управление заявляемым гидролокатором 1 осуществляется от системы энергообеспечения (СЭ) и системы управления (СУ) (на фиг. 4 не показаны) АНПА 2, соединенных через вращающийся коллектор 7 с соответствующими входами ВИП 21 и АУЦОС 18.Antenna system 5 (Fig. 3) is made in the form of a structurally and functionally complete device and contains emitting 14 and 15 receiving hydroacoustic antennas, housing 16 and electronics unit 17 (not shown in Fig. 3). Structurally, the electronics unit 17 consists of a supporting frame and electronic modules located in the case 16. Functionally, the electronics unit 17 (Fig. 4) consists of AUTSOS 18, GU 19, APOS 20 and VIP 21. One of the outputs of AUTSOS 18 is connected to the input of GU 19 , the output of which is connected to the input of the radiating hydroacoustic antenna 14, and the other output through the rotating collector 7 to the input of the stepper drive 6. One of the inputs of the AUTSOS 18 is connected to the output of the APOS 20, the input of which is connected to the output of the receiving hydroacoustic antenna 15. Power supply and control of the claimed sonar 1 is carried out from the power supply system (SE) and control system (CS) (not shown in Fig. 4) AUV 2, connected through a rotating collector 7 with the corresponding inputs of VIP 21 and AUTSOS 18.

АНПА 2 представляет собой поисковый аппарат легкого или среднего класса модульного исполнения. Конкретными примерами подходящих аппаратов являются, но не ограничиваются ими, АНПА Gavia компании Teledyne Gavia, Remus 600 компании Hydroid Kongsberg и многие другие.AUV 2 is a modular light or medium class search apparatus. Specific examples of suitable vehicles include, but are not limited to, AUV Gavia from Teledyne Gavia, Remus 600 from Hydroid Kongsberg, and many others.

Корпус 3 обеспечивает защиту расположенной внутри него аппаратуры от внешних воздействующих факторов. В качестве материала для изготовления корпуса 3 применяется алюминиевый сплав. Обтекатель 4 предназначен для защиты антенной системы 5 от набегающего потока воды и снижения гидродинамических помех, а также от случайных ударов о грунт и корпус носителя АНПА 2. Обтекатель 4 является съемным, имеет криволинейную форму, выполнен из звукопрозрачного в рабочей полосе частот материала, например, стеклопластика и не вызывает искажения ХН излучающей 14 и приемной 15 гидроакустических антенн. Габариты корпуса 3 и обтекателя 4 обеспечивают необходимый объем для размещения аппаратуры заявляемого гидролокатора 1.Case 3 provides protection of the equipment located inside it from external influences. As a material for the manufacture of the case 3, an aluminum alloy is used. The fairing 4 is designed to protect the antenna system 5 from the oncoming water flow and reduce hydrodynamic interference, as well as from accidental impacts on the ground and the AUV 2 carrier body. fiberglass and does not cause distortion of XN emitting 14 and receiving 15 hydroacoustic antennas. The dimensions of the body 3 and the fairing 4 provide the necessary volume to accommodate the equipment of the claimed sonar 1.

АУЦОС 18 предназначена для информационного обмена с СУ АНПА 2, формирования временной диаграммы работы заявляемого гидролокатора 1 и контроля его технического состояния, генерации сигналов и команд, задающих работу ГУ 19, АПОС 20 и шагового привода 6, и формирования веера статических ХН. ГУ 19 предназначено для формирования электрических сигналов с требуемыми значениями напряжения, частоты и скважности, необходимых для возбуждения излучающей гидроакустической антенны 14. АПОС 20 обеспечивает усиление, полосовую фильтрацию, сжатие динамического диапазона и преобразование электрических сигналов, поступающих от приемной гидроакустической антенны 15, в цифровой вид и далее их квадратурную демодуляцию с цифровым смешиванием. ВИП 21 обеспечивает преобразование напряжения электропитания, поступающего от СЭ АНПА 2, в напряжения необходимые для электропитания аппаратуры заявляемого гидролокатора 1.AUTSOS 18 is intended for information exchange with AUV control system 2, forming a time diagram of the operation of the claimed sonar 1 and monitoring its technical condition, generating signals and commands that set the operation of GU 19, APOS 20 and a stepper drive 6, and forming a fan of static CH. GU 19 is designed to generate electrical signals with the required values of voltage, frequency and duty cycle required to excite the radiating hydroacoustic antenna 14. APOS 20 provides amplification, band filtering, compression of the dynamic range and conversion of electrical signals from the receiving hydroacoustic antenna 15 into digital form and further their quadrature demodulation with digital mixing. VIP 21 converts the power supply voltage from the AUV 2 SE into the voltage required to power the equipment of the claimed sonar 1.

Принципы построения составных частей блока 17 электроники, а также методы обработки, реализуемые в них известны и описаны (Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - П.: Судостроение, 1986. 272 с), (Рыжиков А.В., Барсуков Ю.В. Системы и средства обработки сигналов в гидроакустике: Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2007. 144 с.).The principles of constructing the constituent parts of the electronics unit 17, as well as the processing methods implemented in them, are known and described (Kobyakov Yu.S., Kudryavtsev N.N., Timoshenko V.I. 272 s), (Ryzhikov A.V., Barsukov Yu.V. Systems and means of signal processing in hydroacoustics: Textbook. Manual. SPb .: Publishing house of SPbGETU "LETI", 2007. 144 p.).

Излучающая гидроакустическая антенна 14 предназначена для преобразования электрических сигналов, поступающих на нее от ГУ 19, в акустические зондирующие сигналы. Приемная гидроакустическая антенна 15 предназначена для преобразования принимаемых акустических сигналов в электрические, которые подаются в АПОС 20.Emitting hydroacoustic antenna 14 is designed to convert electrical signals coming to it from GU 19 into acoustic sounding signals. Receiving hydroacoustic antenna 15 is designed to convert the received acoustic signals into electrical ones, which are fed to the APOS 20.

Излучающая гидроакустическая антенна 14 выполнена в виде цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя с одним активным сегментом. Он может быть собран из трапецеидальных пьезоэлектрических преобразователей, электрически объединенных в один канал, или представляет собой цилиндр, собранный из кольцевых пьезоэлектрических преобразователей, каждый из которых механически разделен минусовым электродом на активный и пассивный сегменты. Ширина ХН антенны 14 составляет в плоскости наименьшего размера 20°, в плоскости наибольшего размера 30-50°.The emitting hydroacoustic antenna 14 is made in the form of a cylindrical piezoelectric transducer with one active segment. It can be assembled from trapezoidal piezoelectric transducers, electrically combined into one channel, or it is a cylinder assembled from ring piezoelectric transducers, each of which is mechanically separated by a negative electrode into active and passive segments. The width of the XH antenna 14 is 20 ° in the smallest plane and 30-50 ° in the largest plane.

Приемная гидроакустическая антенна 15 представляет собой линейную антенную решетку. Ширина, перекрывающихся в секторе 30-50°, статических ХН веера антенны 15 составляет в плоскости наименьшего размера 20°, в плоскости наибольшего размера 1-2° (в зависимости от центральной рабочей частоты гидролокатора и длины активной поверхности антенны).Receiving hydroacoustic antenna 15 is a linear antenna array. The width of the overlapping in the 30-50 ° sector of the static XN fan of the antenna 15 is 20 ° in the smallest plane, 1-2 ° in the largest plane (depending on the central operating frequency of the sonar and the length of the antenna active surface).

Излучающая 14 и приемная 15 гидроакустические антенны установлены на корпусе 16 с углом наклона 20° к оси антенной системы 5.Emitting 14 and receiving 15 hydroacoustic antennas are installed on the housing 16 with an angle of inclination of 20 ° to the axis of the antenna system 5.

Шаговый привод 6 обеспечивает поворот антенной системы 5 в секторе 360° вокруг оси заявляемого гидролокатора 1 с заданным угловым шагом. В качестве шагового привода используется модель D4247 компании Электропривод.The stepper drive 6 provides rotation of the antenna system 5 in the 360 ° sector around the axis of the claimed sonar 1 with a given angular step. The stepper drive is the model D4247 from Electric Drive.

Вращающийся коллектор 7 обеспечивает электрическое соединение антенной системы 5 с СЭ и СУ АНПА 2 и шаговым приводом 6, вращающихся относительно друг друга. В качестве вращающегося коллектора используется модель с полой осью МТ01224 компании MOFLON.The rotating collector 7 provides electrical connection of the antenna system 5 with the ESS and SU AUV 2 and the stepper drive 6, rotating relative to each other. The rotary collector is the MOFLON hollow shaft model MT01224.

Поясним достижимость технического результата.Let us explain the achievability of the technical result.

Установка излучающей и приемной гидроакустических антенн под углом 20° к оси антенной системы позволяет получить «тенеграфическое» изображение объекта, выступающего над дном, и окружающей объект донной обстановки, а также зоны акустической тени, образующейся за объектом. Зона акустической тени является информативным классификационным признаком, который позволяет обнаруживать множество донных и придонных объектов, а также выделить из этого множества искомый объект или объект заданного класса, что и определяет эффективность заявляемого гидролокатора. Кроме того, установка антенн под заданным углом обеспечивает требуемую геометрию упрежденного обзора и оптимальные с точки зрения улучшения соотношения сигнал/помеха коэффициенты обратного донного рассеяния.Installation of the emitting and receiving hydroacoustic antennas at an angle of 20 ° to the axis of the antenna system makes it possible to obtain a "shadow graphic" image of the object protruding above the bottom and the bottom environment surrounding the object, as well as the zone of acoustic shadow formed behind the object. The acoustic shadow zone is an informative classification feature that allows you to detect a variety of bottom and bottom objects, as well as to select from this set the desired object or object of a given class, which determines the effectiveness of the proposed sonar. In addition, the installation of antennas at a given angle provides the required geometry of the forward view and optimal backscatter coefficients in terms of improving the signal-to-noise ratio.

Использование приемной линейной антенной решетки с механическим поворотом позволяет обеспечить круговой обзор в ВП и при этом значительно сократить количество пьезоэлектрических преобразователей в антенне по сравнению с цилиндрической антенной решеткой. Количество пьезоэлектрических преобразователей в антенной решетке может быть вычислено по формуламThe use of a receiving linear antenna array with mechanical rotation allows you to provide all-round visibility in the airspace and, at the same time, significantly reduce the number of piezoelectric transducers in the antenna in comparison with a cylindrical antenna array. The number of piezoelectric transducers in the antenna array can be calculated using the formulas

- для цилиндрической антенной решетки- for a cylindrical antenna array

Figure 00000001
Figure 00000001

- для линейной антенной решетки- for linear antenna array

Figure 00000002
Figure 00000002

где R - радиус активной поверхности цилиндрической антенны, м; L - длина активной поверхности линейной антенны, м; Δ - шаг между пьезоэлектрическими преобразователями, м.where R is the radius of the active surface of the cylindrical antenna, m; L is the length of the active surface of the linear antenna, m; Δ - step between piezoelectric transducers, m.

Например, при R=0,16 м, L=0,32 м, Δ=0,7λ=0,00525 м, где λ - длина волны в среде на рабочей частоте гидролокатора, м, для цилиндрической и линейной антенных решеток получаем, согласно (1) и (2), NЦ=192 и NЛ=61. Видно, что использование линейной антенной решетки позволяет уменьшить общее число пьезоэлектрических преобразователей в антенне примерно в три раза.For example, for R = 0.16 m, L = 0.32 m, Δ = 0.7λ = 0.00525 m, where λ is the wavelength in the medium at the operating frequency of the sonar, m, for cylindrical and linear antenna arrays we obtain, according to (1) and (2), N C = 192 and N L = 61. It can be seen that the use of a linear antenna array makes it possible to reduce the total number of piezoelectric transducers in the antenna by about three times.

Заявляемый гидролокатор работает следующим образом (фиг. 5).The inventive sonar operates as follows (Fig. 5).

После подачи электропитания от СЭ АНПА 2 и при поступлении команд управления от СУ АНПА 2 запускается цикл «излучение-прием». По сигналу от АУЦОС 18 ГУ 19 формирует электрический сигнал и подает его на излучающую гидроакустическую антенну 14, где он преобразуется в акустический зондирующий сигнал, излучаемый под углом 20° к оси антенной системы 5. При наличии в озвученном объеме 22 водной среды донного 23 или придонного 24 объектов, или объекта 25, находящегося в толще воды, эхо-сигналы от них в смеси с помехой принимаются приемной гидроакустической антенной 15, и преобразуются в электрические сигналы, поступающие в АПОС 20. В ней принятые сигналы усиливаются, фильтруются, сжимаются, оцифровываются, подвергаются квадратурной демодуляции с цифровым смешиванием и подаются в АУЦОС 18, где осуществляется формирование веера статических ХН с последующей его передачей в СУ АНПА 2 для записи на накопитель. Далее по команде от АУЦОС 18 шаговый привод 6 поворачивает антенную систему 5 вокруг оси заявляемого гидролокатора 1 и начинается новый цикл «излучение-прием».After the power supply from the AUV 2 SE and when the control commands are received from the AUV 2 control system, the "emission-reception" cycle is started. According to the signal from AUTSOS 18, GU 19 generates an electrical signal and sends it to the emitting hydroacoustic antenna 14, where it is converted into an acoustic sounding signal emitted at an angle of 20 ° to the axis of the antenna system 5. In the presence of a bottom 23 or bottom water medium in the sound volume 22 24 objects, or an object 25 located in the water column, echo signals from them in a mixture with interference are received by the receiving hydroacoustic antenna 15, and are converted into electrical signals entering the APOS 20. In it, the received signals are amplified, filtered, compressed, digitized, are subjected to quadrature demodulation with digital mixing and are fed to AUTSOS 18, where the formation of a fan of static CHs is carried out, followed by its transfer to the AUV control system 2 for recording to the drive. Further, on a command from AUTSOS 18, the stepper drive 6 rotates the antenna system 5 around the axis of the claimed sonar 1 and a new "emission-reception" cycle begins.

В результате последовательного поворота антенной системы 5 в СУ АНПА 2 накапливается кадр информации (фиг. 6) по m направлениям наблюдения в секторе 360°. Далее в СУ АНПА 2 по сформированному кадру информации осуществляется выделение ГПО 26, 27 и 28, соответствующих донному 23 и придонному 24 объектам и объекту 25, находящемуся в толще воды. О наличии или отсутствии объектов 23 и 24 можно судить по акустической тени 29 донного и 30 придонного объектов, ее форме и размерах, объекта 25 - по превышению амплитуды эхо-сигнала порогового уровня.As a result of sequential rotation of the antenna system 5 in the AUV control system 2, an information frame is accumulated (Fig. 6) in m directions of observation in the 360 ° sector. Further, in the SU AUV 2, according to the generated information frame, the allocation of GPOs 26, 27 and 28, corresponding to the bottom 23 and bottom 24 objects and the object 25 located in the water column, is carried out. The presence or absence of objects 23 and 24 can be judged by the acoustic shadow 29 of the bottom and 30 bottom objects, its shape and size, object 25 - by the excess of the echo signal amplitude of the threshold level.

При этом обзор пространства в ВП в секторе 360° происходит за счет последовательного облучения водной среды, а в направлении движения - за счет поступательного движения АНПА 2.In this case, the survey of space in the airspace in the 360 ° sector occurs due to the sequential irradiation of the aquatic environment, and in the direction of movement - due to the forward motion of the AUV 2.

Таким образом, заявляемый гидролокатор обеспечивает поиск объектов в водной среде. Использование приемной линейной антенной решетки позволяет уменьшить количество пьезоэлектрических преобразователей в антенне, и как следствие, упростить аппаратуру приемного тракта, а введение в устройство шагового привода обеспечивает круговой обзор в ВП. Возможность получения «тенеграфического» изображения позволяет повысить эффективность обнаружения донных и придонных объектов, и это позволяет считать, что технический результат достигнут.Thus, the inventive sonar provides a search for objects in the aquatic environment. The use of a receiving linear antenna array makes it possible to reduce the number of piezoelectric transducers in the antenna, and, as a consequence, to simplify the equipment of the receiving path, and the introduction of a stepper drive into the device provides a circular view in the VP. The possibility of obtaining a "shadow graphic" image makes it possible to increase the efficiency of detecting bottom and bottom objects, and this allows us to consider that the technical result has been achieved.

Claims (1)

Гидролокатор кругового обзора (ГКО), содержащий цилиндрический корпус с носовой оживальной частью, блок электроники, излучающую и приемную гидроакустические антенны, при этом вход излучающей антенны и выход приемной антенны соединены с соответствующими выходом и входом блока электроники, отличающийся тем, что ГКО выполнен в виде отсечного модуля полезной нагрузки автономного необитаемого подводного аппарата легкого или среднего класса модульного исполнения, блок электроники, излучающая и приемная гидроакустические антенны выполнены в виде конструктивно и функционально законченной антенной системы, установленной по оси ГКО в его носовой оживальной части, представляющей собой съемный заполненный водой звукопрозрачный обтекатель, в устройство введен шаговый привод, выполненный с возможностью поворота антенной системы в секторе 360° вокруг оси ГКО, причем шаговый привод механически присоединен к антенной системе, а его электрический вход подключен к соответствующему выходу блока электроники, при этом излучающая антенна выполнена в виде цилиндрического пьезоэлектрического преобразователя с одним активным сегментом, а приемная антенна - в виде линейной антенной решетки, при этом излучающая и приемная антенны установлены с углом наклона 20° к оси антенной системы.An all-round sonar (GKO), containing a cylindrical body with a bow ogival part, an electronics unit, emitting and receiving hydroacoustic antennas, while the input of the emitting antenna and the output of the receiving antenna are connected to the corresponding output and input of the electronics unit, characterized in that the GKO is made in the form payload cutoff module of an autonomous unmanned underwater vehicle of light or medium class modular design, the electronics unit, emitting and receiving hydroacoustic antennas are made in the form of a structurally and functionally complete antenna system installed along the GKO axis in its bow ogival part, which is a removable sound-transparent fairing filled with water , a stepper drive is introduced into the device, made with the ability to rotate the antenna system in a sector 360 ° around the GKO axis, and the stepper drive is mechanically connected to the antenna system, and its electrical input is connected to the corresponding output of the electronics unit and, in this case, the emitting antenna is made in the form of a cylindrical piezoelectric transducer with one active segment, and the receiving antenna is in the form of a linear antenna array, while the emitting and receiving antennas are installed with an inclination angle of 20 ° to the axis of the antenna system.
RU2020138072A 2020-11-19 2020-11-19 Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle RU2754604C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138072A RU2754604C1 (en) 2020-11-19 2020-11-19 Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020138072A RU2754604C1 (en) 2020-11-19 2020-11-19 Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2754604C1 true RU2754604C1 (en) 2021-09-03

Family

ID=77669975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020138072A RU2754604C1 (en) 2020-11-19 2020-11-19 Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2754604C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU27715U1 (en) * 2002-07-15 2003-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" HYDROLOCATION STATION FOR CIRCLE REVIEW FOR DETECTION OF UNDERWATER MOVING OBJECTS
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
RU2483280C1 (en) * 2012-01-10 2013-05-27 Антон Владимирович Чернявец Navigation system
RU130292U1 (en) * 2012-09-06 2013-07-20 Открытое акционерное общество "Тетис Про" COMPLEX OF CONTROLLED UNABILITATED UNDERWATER UNIT
RU161175U1 (en) * 2015-12-16 2016-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") SMALL SIZE AUTONOMOUS UNABILABLE UNDERWATER UNDERGROUND MODULAR DESIGN
RU2654898C1 (en) * 2017-09-07 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский испытательный институт инженерных войск" Министерства обороны Российской Федерации Robotic reconnaissance complex amphibious
RU2681415C1 (en) * 2018-05-22 2019-03-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Compact multi-functional autonomous uninhabited underwater vehicle -carrier vehicle for replaceable actual load

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU27715U1 (en) * 2002-07-15 2003-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" HYDROLOCATION STATION FOR CIRCLE REVIEW FOR DETECTION OF UNDERWATER MOVING OBJECTS
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
RU2483280C1 (en) * 2012-01-10 2013-05-27 Антон Владимирович Чернявец Navigation system
RU130292U1 (en) * 2012-09-06 2013-07-20 Открытое акционерное общество "Тетис Про" COMPLEX OF CONTROLLED UNABILITATED UNDERWATER UNIT
RU161175U1 (en) * 2015-12-16 2016-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт химии и механики" (ФГУП "ЦНИИХМ") SMALL SIZE AUTONOMOUS UNABILABLE UNDERWATER UNDERGROUND MODULAR DESIGN
RU2654898C1 (en) * 2017-09-07 2018-05-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Центральный научно-исследовательский испытательный институт инженерных войск" Министерства обороны Российской Федерации Robotic reconnaissance complex amphibious
RU2681415C1 (en) * 2018-05-22 2019-03-06 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Compact multi-functional autonomous uninhabited underwater vehicle -carrier vehicle for replaceable actual load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11668820B2 (en) Sonar data compression
Belcher et al. Object identification with acoustic lenses
US4305141A (en) Low-frequency directional sonar systems
Belcher et al. Dual-frequency identification sonar (DIDSON)
US6813218B1 (en) Buoyant device for bi-directional acousto-optic signal transfer across the air-water interface
US6683819B1 (en) Sonar array system
WO2003009276A2 (en) Sonar beamforming system
US5060206A (en) Marine acoustic aerobuoy and method of operation
CN112684482B (en) Underwater target detection system and method based on ocean unmanned platform
US3301345A (en) Seismic survey system
CN113777581A (en) Underwater receiving and transmitting separated water body detection laser radar
CN111487607A (en) Underwater acoustic compact range testing system and method
US4081784A (en) Omnidirectional monitor buoy
RU2754604C1 (en) Sonar equipment of autonomous uninhabited underwater vehicle
US3351901A (en) Visual and acoustic energy generator for underwater use
US20170301332A1 (en) Omnidirectional antenna
Pinto et al. Real-and synthetic-array signal processing of buried targets
CN112362153A (en) Low-frequency active underwater sound detection system and method based on UUV platform
US4305140A (en) Low frequency sonar systems
CN109541253B (en) Two-dimensional electromagnetic and acoustic integrated speed measurement sensor for ship speed measurement
RU2539819C1 (en) Antenna module with digital output
RU50004U1 (en) HYDROACOUSTIC COMPLEX OF A NUCLEAR SUBMARINE
JP4230110B2 (en) High resolution seismic data collector
RU2680673C1 (en) Hydroacoustic station for detecting small-dimensional objects
RU2689998C1 (en) Multifrequency sonar side viewer