Широкосмугова гідролокаційна система

Реферат: Винахід належить до гідроакустики й може бути використаний при створенні економічних передавальних трактів гідролокаційних систем, призначених для дослідження поверхні морського дна. Гідроакустична система включає в себе передавальний тракт, який складається з задавального генератора, формувача зондувального імпульсу, модулятора, підсилювача потужності, схеми узгодження, комутатора прийому-передачі й приймально-передавальної гідроакустичної антени, а також приймальний пристрій, блок керування, пристрій обробки інформації, пристрій відображення інформації. Додатково введені вимірник амплітудночастотної характеристики сигналу випромінювання, пристрій піднесення в квадрат, формувач сигналу корекції і цифровий фільтр зосередженої селекції. Винахід дозволяє розширити смуги пропускання приймально-передавальних трактів гідролокаційної системи, що працюють із використанням широкосмугових частотно-модульованих сигналів. UA 103395 C2 (12) UA 103395 C2 UA 103395 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується області гідроакустики й може бути використаний при створенні економічних широкосмугових приймально-передавальних трактів гідролокаційних систем, призначених для дослідження поверхні морського дна й підстильних шарів з використанням складних широкосмугових частотно-модульованих сигналів. Відомі передавальні тракти гідроакустичної апаратури (кн. Богородский А.В. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - С. 136-137), що включають в себе (див. Фіг. 1.): гідроакустичну антену, пристрій узгодження, підсилювач потужності, модулятор, задавальний генератор, причому гідроакустична антена гідролокаційного пристрою через пристрій узгодження підключена до виходу підсилювача потужності, а вхід підсилювача потужності з'єднаний з виходом задавального генератора передавального тракту гідролокаційного пристрою. Недоліком даного передавального тракту в зв'язку з вузькосмуговістю антени є його вузька смуга пропускання, недостатня для роботи зі складними сигналами, наприклад із сигналами з лінійною частотною модуляцією (ЛЧМ). Найбільш близьким до пропонованого винаходу є передавальний тракт, що включає в себе гідроакустичну антену, шунтувальний пристрій, пристрій узгодження, підсилювач потужності, модулятор, задавальний генератор, причому гідроакустична антена гідролокаційного пристрою через узгоджувальний і шунтувальний пристрої підключена до виходу підсилювача потужності, вхід підсилювача потужності з'єднаний з виходом задавального генератора передавального тракту гідролокаційного пристрою (див. Фіг. 2). Шунтувальний пристрій розширює частотну характеристику антени за рахунок зменшення її добротності. Недоліком даного передавального тракту є низька енергетична ефективність гідролокаційної системи. Задачею винаходу є розширення смуги пропускання гідролокаційної системи (без зниження її енергетичних показників). Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в гідроакустичну систему, що включає в себе передавальний тракт, який складається з задавального генератора, формувача зондувального імпульсу, модулятора, підсилювача потужності, схеми узгодження, комутатора прийому-передачі й приймально-передавальної гідроакустичної антени, а також приймальний тракт, блок керування, пристрій обробки інформації, пристрій відображення інформації, причому перший, другий, третій і четвертий керуючі виходи пристрою керування з'єднані з першим керуючим входом модулятора, з керуючим входом формувача зондувального імпульсу, першим входом пристрою відображення інформації й першим входом пристрою обробки інформації відповідно, вихід задавального генератора з'єднаний з третім входом модулятора, вихід формувача зондувального імпульсу з'єднаний з другим входом модулятора, вихід модулятора з'єднаний з входом підсилювача потужності, вихід підсилювача потужності з'єднаний з входом пристрою узгодження, вихід пристрою узгодження через комутатор прийому-передачі з'єднаний з приймально-передавальною антеною, одночасно приймально-передавальна антена з'єднана через комутатор прийому-передачі з входом приймального тракту, вихід пристрою обробки інформації з'єднаний з другим входом пристрою відображення інформації, введені: вимірник амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання, пристрій піднесення в квадрат, формувач амплітуди сигналу корекції й фільтр зосередженої селекції, причому вихід пристрою узгодження з'єднаний також з входом вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання, вихід вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання з'єднаний із входом пристрою піднесення в квадрат, вихід пристрою піднесення в квадрат з'єднаний із другим входом формувача амплітуди сигналу корекції, перший вхід формувача сигналу корекції з'єднаний із шостим керуючим виходом пристрою керування, вихід формувача сигналу корекції, у свою чергу з'єднаний із другим входом фільтра зосередженої селекції, третій вхід фільтра зосередженої селекції з'єднаний з виходом приймального тракту, перший вхід фільтра зосередженої селекції з'єднаний з п'ятим керуючим виходом блока керування, вихід фільтра зосередженої селекції з'єднаний із другим входом пристрою обробки інформації. Фіг. 1 - Структурна схема аналога пропонованого пристрою; Фіг. 2 - Структурна схема прототипу пропонованого пристрою; Фіг. 3 - Структурна схема пропонованого пристрою. Фіг. 4 - Амплітудно-частотна характеристика на виході пристрою узгодження при випромінюванні ЛЧМ сигналу. Фіг. 5 - Амплітудно-частотна характеристика фільтра зосередженої селекції з урахуванням корекції. 1 UA 103395 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Фіг. 6 - Результуюча амплітудно-частотна характеристика приймально-передавального тракту пропонованого пристрою. Гідроакустичний пристрій, що заявляється, містить: задавальний генератор 15, формувач зондувального імпульсу 9, модулятор 5, підсилювач потужності 4, пристрій узгодження 3, комутатор прийому-передачі 2, приймально-передавальну антену 1, приймальний тракт 11, цифровий фільтр зосередженої селекції 12, пристрій обробки інформації 13, пристрій відображення інформації 14, вимірник амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6, пристрій піднесення в квадрат 7, формувач амплітуди сигналу корекції 8 та блок керування 10. При цьому перший, другий, третій, четвертий, п'ятий і шостий керуючі виходи блока керування 10 з'єднані з першим керуючим входом модулятора 5, керуючим входом формувача зондувального імпульсу 9, з першим керуючим входом пристрою відображення інформації 14, з першим керуючим входом пристрою обробки інформації 13, першим керуючим входом цифрового фільтра зосередженої селекції 12, а також з першим керуючим входом формувача сигналу корекції відповідно. Вихід задавального генератора 15 з'єднаний з третім входом модулятора 5, вихід формувача зондувального імпульсу 9 з'єднаний з другим входом модулятора 5, вихід модулятора 5 у свою чергу з'єднаний з входом підсилювача потужності 4, вихід підсилювача потужності 4 з'єднаний з входом пристрою узгодження 3, вихід пристрою узгодження 3 через комутатор прийому-передачі 2 з'єднаний з виводом приймальнопередавальної гідроакустичної антени 1, одночасно вихід пристрою узгодження 3 з'єднаний із входом вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6. Вивід приймально-передавальної антени 1 через комутатор прийому-передачі 2 з'єднаний також з входом приймального тракту 11, вихід приймального тракту 11 з'єднаний з третім входом цифрового фільтра зосередженої селекції 12, вихід якого з'єднаний із другим входом пристрою обробки інформації 13, вихід пристрою обробки інформації 13 з'єднаний з другим входом пристрою відображення інформації 14. Вихід вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6 з'єднаний з входом пристрою піднесення в квадрат 7, вихід якого, у свою чергу, з'єднаний з другим входом формувача сигналу корекції 8, вихід формувача сигналу корекції 8 з'єднаний з другим входом цифрового фільтра зосередженої селекції 12. Гідроакустична антена 1 - гідроакустична приймально-передавальна антена. Комутатор прийому-передачі 2 - електронний пристрій, що забезпечує передачу з виходу пристрою узгодження у гідроакустичну антену потужних зондувальних сигналів в режимі випромінювання й ехосигналів донної реверберації з виходу гідроакустичної антени на вхід приймального тракту в режимі приймання. Як правило, комутатори прийому-передачі реалізуються парою інверсно увімкнутих силових діодів. Пристрій узгодження 3 (наприклад, при схемі послідовної компенсації) - це компенсуюча індуктивність, яка становить разом з ємністю випромінюючої антени послідовний контур виділення першої гармоніки зондувальних коливань. Підсилювач потужності 4 - пристрій посилення потужності зондувальних сигналів. Модулятор 5 може бути виконаний як програмно-апаратний пристрій, який формує радіоімпульсний сигнал із заданою тривалістю й частотою повторення гідролокаційної системи. Вимірник амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6 - пристрій виміру форми амплітудно-частотної характеристики антени за рахунок використання залежності амплітуди сигналу на виході узгоджувального пристрою від зміни несучої частоти зондувального сигналу, наприклад лінійного частотно-модульованого (ЛЧМ). Пристрій піднесення в квадрат 7 - аналого-цифровий пристрій піднесення в квадрат амплітуди сигналу на виході вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6, який враховує подвійне загасання бокових спектральних складових (один раз при випромінюванні, другий - при прийманні). Формувач сигналу корекції 8 - цифровий пристрій, що формує статичний сигнал керування амплітудно-частотної характеристики фільтра зосередженої селекції, відповідний до форми, необхідної для компенсації загасання бокових спектральних складових вузькосмугової антени. Блок керування 10 - виконує функції керування й синхронізації пропонованого пристрою. Формувач зондувального імпульсу 9 - виконаний як програмно-апаратний пристрій, який формує зондувальний радіоімпульсний сигнал із заданою робочою тривалістю й частотою повторення гідролокаційної системи. Приймальний тракт 11 - пристрій, який виконує типове завдання попередньої частотної селекції й підсилення амплітуди ревербераційних сигналів. 2 UA 103395 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Цифровий фільтр зосередженої селекції 12 - програмно-керований фільтр зосередженої селекції ревербераційних сигналів. Форма частотної характеристики фільтра (див. Фіг. 5) визначається сигналом зовнішньої команди. Пристрій обробки інформації 13 - виконує кореляційну й статистичну обробку прийнятих ревербераційних сигналів. Пристрій відображення інформації 14 - являє собою кольоровий відеотермінал (дисплей). Задавальний генератор 15 - виконаний як програмно-апаратний пристрій, який формує тональний сигнал з робочою несучою частотою гідролокаційної системи. Гідролокаційна система, що заявляється, працює в такий спосіб: блок керування 10 формує синхронізуючий імпульс і видає його на синхронізуючі входи модулятора 5, формувача зондувального імпульсу 9, пристрою відображення інформації 14, пристрою обробки інформації 13, цифрового фільтра зосередженої селекції 12 і формувача сигналу корекції 8. Задавальний генератор 15 формує тональний сигнал робочої частоти, який подається на третій вхід модулятора 5, а на другий вхід модулятора 5 з формувача зондувального імпульсу 9 подається керуючий імпульс з тривалістю й частотою повторення гідролокаційної системи. Модулятор 5 формує радіоімпульсний сигнал із тривалістю й частотою повторення гідролокаційної системи. Радіоімпульсний сигнал підсилюється підсилювачем потужності 4. Через пристрій узгодження 3, призначений для компенсації реактивної складової приймально-передавальної антени й виділення першої гармоніки зондувальних сигналів, і через комутатор прийому-передачі 2 радіоімпульс надходить на вхід приймально-передавальної антени 1, випромінюється у воду. Відбитий від морського дна ехосигнал приходить на антену 1 і через комутатор прийомупередачі 2 подається на вхід приймального тракту 11. Далі сигнал надходить на третій вхід цифрового фільтра зосередженої селекції 12. Із цифрового фільтра зосередженої селекції 12 відфільтровані по частоті сигнали надходять на пристрій обробки інформації 13 і далі на вхід пристрою відображення інформації 14, у яких відбувається обробка й відображення гідроакустичної інформації. Одночасно з випромінюванням з виходу пристрою узгодження 3 виходить сигнал, що є по частоті протягом дії імпульсу зондувальний сигнал, модулюється по амплітуді пропорційно амплітудно-частотної характеристики антени. Промодульований сигнал надходить на вимірник амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6. З виходу вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання 6 сигнал подається на вхід пристрою піднесення в квадрат 7, з виходу якого він надходить на другий вхід формувача сигналу корекції 8 і далі на другий вхід керованого цифрового фільтра зосередженої селекції 12. Пропонований гідролокаційний пристрій при використанні широкосмугових частотномодульованих зондувальних сигналів вигідно відрізняється від прототипу тим, що дозволяє розширити звужену антеною смугу пропускання приймального тракту й одночасно компенсувати втрати від вузької смуги антени при випромінюванні частотно-модульованого зондувального імпульсу. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Гідроакустична система, що включає в себе передавальний тракт, який складається з задавального генератора, формувача зондувального імпульсу, модулятора, підсилювача потужності, схеми узгодження, комутатора прийому-передачі й приймально-передавальної гідроакустичної антени, а також приймальний пристрій, блок керування, пристрій обробки інформації, пристрій відображення інформації, причому перший, другий, третій і четвертий керуючі виходи пристрою керування з'єднані з першим керуючим входом модулятора, входом формувача зондувального імпульсу, першим входом пристрою відображення інформації й першим входом пристрою обробки інформації відповідно, вихід задавального генератора з'єднаний з третім входом модулятора, вихід формувача зондувального імпульсу з'єднаний з другим входом модулятора, вихід модулятор з'єднаний з входом підсилювача потужністі, вихід підсилювача потужності з'єднаний з входом пристрою узгодження, вихід пристрою узгодження через комутатор прийому-передачі з'єднаний з приймально-передавальною антеною, одночасно приймально-передавальна антена з'єднана через комутатор прийому-передачі з входом приймального тракту, вихід пристрою обробки інформації з'єднаний з другим входом пристрою відображення, яка відрізняється тим, що додатково введені вимірник амплітудночастотної характеристики сигналу випромінювання, пристрій піднесення в квадрат, формувач сигналу корекції і цифровий фільтр зосередженої селекції, причому вихід пристрою узгодження з'єднаний із входом вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання, вихід вимірника амплітудно-частотної характеристики сигналу випромінювання з'єднаний з 3 UA 103395 C2 5 входом пристрою піднесення в квадрат, вихід пристрою піднесення в квадрат з'єднаний з другим входом формувача сигналу корекції, перший вхід формувача сигналу корекції з'єднаний з шостим керуючим виходом пристрою керування, вихід формувача сигналу корекції, у свою чергу, з'єднаний із другим входом фільтра зосередженої селекції, третій вхід фільтра зосередженої селекції з'єднаний з виходом приймального тракту, перший вхід фільтра зосередженої селекції з'єднаний з п'ятим керуючим виходом блока керування, вихід фільтра зосередженої селекції з'єднаний з другим входом пристрою обробки інформації. 4 UA 103395 C2 5 UA 103395 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 6