Гидроакустический пеленгатор

союз сОВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 01 8 15/О ОБРЕТЕН САН А ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(71) Ленинградский кораблестроительныйинститут и Научно-производственный кооператив "Рифт" при Ленинградском кораблестроительном институте(57) Изобретение относится к гидролокациии может быть использовано в навигационных системах для точного определения пеЖ 1780072 А 1 ленга на источник импульсных сигналов в диапазоне углов 0-360. Цель изобретения - повышение точности пеленгования сигналов во всем диапазоне измеряемых углов, Гидроакустический круговой пеленгатор содержит антенную решетку из.двух групп преобразователей 1, расположенных вдоль взаимно перпендикулярных осей, первый и второй измерители 2 синуса угла прихода сигналов, первый и второй амплитудные модуляторы 3, генератор 4 квадратурных сигналов, схему 5 разности, первый и второй усилители-ограничители 6, первую и вторую схемы 7 выделения фронта, измеритель 8 временных интервалов, генератор 9 тактовых импульсов, преобразователь 10 кода. 2 ил.Изобретение относится к гидропокации и может быть исГОльзОВанс н системах пОД- водной навигации для точного измеренил углов нн гидроакус гические маяки или другие источник Си.напав 5 з секторе 1 гдов О-Збо.ИзнРстнь пеленГатОрц, абРспРчинающие круговой обзор пространства, нцпопНЕННЫ 8 с и с Г Ол ьэ о Ба н и его многозлеме ггных цилиндрических антенн, н которых поворот акустического луча обеспечивается электронным управленинм полах(Рни 51 харнктеристки 3 ГрсВлеНасти с паглощью коммутаторов (Саг(ойгОн Д,К, Электронное уп ра еленин характеристиками направленности антенн, Л СудОстрГ 8- ние, 1987, С, 45,Недостаткам таких пеленгаторон явля" ется наобхаДимОсть сальшзГО числа элсментон и антенн, слсж,ых и громоздких коммутаторов и схем управления.Известны и другие пеленгаторы, обеспсчинаОцие широкий сектор обзора пространства и испалъзующи 8 крестоабразнуО антеннуо решетку из трех элементов, размещен и ых, нап ример., н углах и рлмсугопьного треугол 1,Нка,Однако тОчнОсть таких Г елен Гатсрсв невысока из-за малой величинц акустлческой базы, состолщей из двух расположенных на ОднОЙ линии прием.икон, каторал ПР превышает З 2, где А. - длина нслнц,Наиослее близким к предлагаемому изобретениа техническим решением пеленгатора является акустическая пеленгационнал система, содержащая антенную решетку по меньшей мере из пяти а(устических преобразователей. разделенных на две группы, Гаждая иэ групп содержит не менее трех преобразователей Од 1 н из них может быть общим для двух групг), Преобразователи, входящие н различные группы, расположены вдаль взаимо пергендикуллрных осей, Выходные сигналы всех преобразователей пода отсл на устройство, которое измеряет временной интервал между моментами прохождеия через ноль сигнапон, принятых двумя поеобрэзонателями кэждсй 1 пэры в двух группах, На основании результатсн измерений определяется тат квадрантдля плоскости размещения решетки преобразователей, В катарам находится источник сигалан,Недостаткам такого пеленгаторд 5 ВляРтсл 1 изка 51 точность пеленГования с тОчность 0 да квадранта) истоникон сигналов всекторе упОв 0 - ЗбОСЦелью изобретения является устранение указанного недостатка, а именно павы 10 15 20 25 ЗО 3,э 40 45 50 шение точности пеленгованил сигналов во всем диапазоне измеряемых углов,указанная цель достигаетсл тем, что н известное устройство, содеркащее антенную решетку из двух групп преобразователей, каждая из которых содержит не менее трех преобразователей, расположенных вдоль двух взаимно пеопендикулярных осей, введены дна измерителл синуса угла прихода сигналон на линейной антенной решетке, Генератор кнадратурных сипалан, дна амглитудных модулятора, СХРглэ разности, дна усилителя-ограничителя, дне схемы выделения фронта, измеритель временЫх интервалов, генератор тактовых импупьсон и преобраэонатель када, Гричем нъхсдь пе рьой Груп Г 1 ц и реабразанателеЙ, рнсп слаженныхх вдоль одной оси, подключены к входам первого измеритепл синуса угла прихода сигнага, выходы второй группь преобразователей, расположенных вдаль второй взаимно перпендикуплрной оси, подклочены к входам второго иэмеср 1 т 8 л 51 синуса уГла прихода си Гна ла, выходы обоих измерителей соединены с первыми входами амплитудных модуляторов, вторые входы которы: соединены соответственно с выходами генератора квадратур ных сигналов, выходы амплитудных модулятооов подкпоченц к входам схемы разности, выход которой через первый усилитель-ограничитель и пернуо схему выделенил фронта подключен к первому входу измерителл Временных интервалан, один иэ выходов генератора кнадратурных сигналов также через второй усилитель-ограничитель и вторуо схему ныделенил фронта соединен с вторым входом измерителя Временных интервалов, третий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсон, а выход йзмерителл временньх интервалов подклочен к н)(аду преобразователя кОДа, нцхсд котагОГО лвля 8 тсл выходом устроЙстнв,По сравнению с прототипом изобретение имеет новую совокупность существенных признаков, т.е. отвечает критерию " Овиэга".Предлагаемый пеленгатор отличаетсл тем, что благсдарл введенным блокам и снлэлм сбсспечивает точное пеленговэИе источника сигналов в круговом секторе углов, при этом, с одной сторонь 1, используется нсл аггертура каждой иэ линейных антенных рецеток, что позволяет пеленговать источник сиГнала с ВысОкай точностью, а с другоЙ стороны, благодарл взвешенным оценам угла прихода сигнала на каждой из линейных антенн формируетсл суммарная оценка угла, погрешность которой нР зависит От40 45 50 абсолютного значения угла. При этом пеленгование источника сигнала производится фаэовым методом, однако использование совместно информации с двух измерителей угла позволяет сформировать суммарную оценку угла, инвариантную к частоте принимаемого сигнала,при условии нахождения частоты сигнала в заданном наперед диапазоне частот, Данное обстоятельство чрезвычайно важно, т,к. позволяет говорить о высокой точности пеленгатора беэ какой-либо дополнительной коррекции при работе по любому источнику сигнала, частота которого лежит в заданном диапазоне. При этом движение источника сигнала относительно приемной антенны не оказывает влияния на точность измерения угла.Таким образом совокупность введенных блоков и связей обеспечивает повышение точности пеленгования в круговом секторе и позволяет утверждать, что предлагаемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".Повышение точности пеленгования в круговом секторе углов обеспечивает повышение качества пеленгатора и уменьшение времени поиска источников сигналов и ориентации по ним подводного аппарата или другого подводно-технического средства. Поэтому предлагаемое изобретение соответствует критерию "положительный эффект",На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг,2 - зпюры напряжений в различных точках структурной схемы, поясняющие ее работу.Гидроакустический пеленгатор (фиг.1) содержит антенную решетку из:двух групп преобразователей 1, расположенных вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, при этом выходы первой группы преобразователей, расположенных вдоль одной оси, подключены к входам первого измерителя 2 синуса угла прихода сигнала, выходы второй группы преобразователей 1, расположенных вдоль второй взаимно перпендикулярной оси, подключены к входам второго измерителя 2 синуса угла прихода сигнала, выходы обоих измерителей 2 соединены с первыми входами амплитудных модуляторов 3, вторые входы которых соединены соответственно с выходами генератора 4 квадратурных сигналов, выходы амплитудных модуляторов 3 подключены к входам схемы 5 разности, выход которой через первый усилитель-ограничитель б и первую схему 7 выделения фронта подключен к первому входу измерителя 8 временных интервалов, один из выходов 5 10 15 20 25 30 35 генератора 4 квадратурных сигналов также через второй усилитель-ограничитель Б и вторую схему 7 выделения фронта соединен с вторым входом измерителя 8 временных интервалов, третий вход которого подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов, а выход измерителя 8 временных интервалов подключен к входу преобразователя 10 кода, выход которого является выходом пеленгатора,Реализация отдельных узлов гидроакустического кругового пеленгатора может быть выполнена следующим образом,Измеритель временных интервалов может содержать триггер, выделяющий временной интервал между импульсами, приходящими по первому и второму входам, и счетчик, подсчитывающий число импульсов тактового генератора, заполняющих данный интервал времени.Для формирования квадратурных сигналов в генераторе квадратурных сигналов достаточно использовать фазовращатель на л/2 на рабочей частоте генератора,Измеритель синуса угла прихода сигнала на двухэлементной фаэовой антенне содержит фаэовращатель на л/2, усилители-ограничители, гетеродин и фазовый детектор. В таком измерителе производится нахождение оценок пространственной корреляционной функции на элементах антенны, затем модуляция найденных оценок соответствующими напряжениями генератора опорных функций и логическое умножение. В момент прихода сигнала на приемную антенну гидролокатора формируется с периодичностью колебаний низшей опорной частоты генератора опорных колебаний отметка (импульс напряжения), положение которой на периоде колебания низшей опорной частоты однозначно характеризует синус угла прихода сигнала.Гидроакустические сигналы с выходов двух групп преобразователей 1, расположенных вдольдвух взаимно перпендикулярных осей, поступают на входы двух измерителей 2 синуса угла прихода сигнала, выходные сигналы которых подаются на первые входы аналоговых модуляторов 3. На вторые входы аналоговых модуляторов 3 поступают выходные сигналы генератора 4 квадратурных сигналов, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 7 г/2. Выходные сигналы аналоговых модуляторов 3 вычитаются в схеме 5 разности, выходной сигнал которой через усилитель-ограничитель 6 и схему 7 выделения фронта поступает на первый вход измерителя 8 временных ин 1780072тервалов, на второй вход которого также через второй усилитель-ограничитель 6 и вторую схему 7 выделения фронта поступает сигнал с выхода генератора 4 квадратурных сигналов, который подавалсл на амплитудный модулятор 3, чье выходное напрякение поступало со знаком минус на вход схемы 5 разности. На третий вход измерителя 8 временных интервалов подаотся импульсы заполнения с выхода генератора 9 тактовых импульсов, а на выходной сигнал измерителя 8 временных интервалов поступает ца вход преобразователя 10 кода, где преобразуетсл в необходимую форму и подается на выход устройства.Таким образом на выходе схемы 5 разности формируется напряжение вида. (1) =. РпасОЗ Йт. сОзаян 1 Йт, = = 3 и (а-Й 1)т, к. з и ( а + 20 ) =- соз а,На фиг,2 приведены напряжения ца входах генератора квадратурных сигналов 4, обозначенные каксоз Йт и зи Й с, напряжения ца выходах второго усилителя-ограничителя 6 и второй схемы 7 выделецил фронта, напряжение на выходе схемы 5 разности, пропорциональное зи (а-Й 1) в частном случае, когда угол а = 450. Кроме того, там же приведены соответствующие углу а =-45 напряжения на выходах первого усилителя-ограничителя 6 и первой схемы 7 выделения фронта. Интервал времени между соответствующими импульсами, поступающими на вход измерителя 8 временных интервалов, заполнлетсл тактовыми импульсами (фиг.2), затем производится их подсчет и преобразование в требуемый код.Необходимо отметить, что измерение синуса угла прихода сигнала ца антенную решетку фазовым методом требует знания частоты принимаемого сигнала и расстояния между приемными элементами антенны. Если второе из конструкции антенной решетки всегда иэвестцо, то частота принимаемого сигнала в ряде случаев может быть неизвестна. При этом соотношение О/Л, где с - расстояние между приемниками антенны; Л - длина волны сигнала, входит в амплитуду напряжения ца выходе измерителя синуса угла прихода сигнала. То есть, фактическая измеряется величина уб, где у = К вп а = -Л - йп а - пространственная2 д .частота сигнала. Поэтому обеспечение кругового однозначного сектора приема на фазовой антенне возможно только при ограничении диапазона возможных частот принимаемых сигналов, которое определяется соотношением бй0,5, для верхнейчастоты требуемого диапазона частот. Приэтом для б -0,5 Л параметр Кс 3 меняется5 от - й до л при изменении угла а налинейной антенне от(-90) до (+90). И такимобразом длл любого угла прихода сигналасохранлетсл однозначность измеренил. Всторону пониженил рабочей частоты сигна 10 ла жестких ограничений нет, однако, чемниже частота принимаемого сигнала, темменьше будет амплитуда выходного сигцалаизмерителя синуса угла прихода (т.е. меньше ус) при фиксированном д,15 При этом непосредственно момент перехода напрлженил на выходе схемы 5 разности через нулевой уровень от уровняамплитуды зи а и соз а зависеть небудет, что позволяет точно измерять угол20 без знанил частоты входного сигнала.Отсчет угла а в круговом пеленгаторе производитсл от акустической оси однойлинейной антенны и диапазон однозначного иэмеренил угла а составит 0 - 360.25 Потенциальная точность оценки пеленга на источник узкополосного сигнала с длиной волны Л может быть определена поформулеЗ 0 Ц" ож 7 г 7 тьь"где 0 - максимальцал линейная акустическая база пеленгатора;г - отношение сигнал/помеха на входе;Т - длительность импульсного сигнала;Юп - полоса частот помех, и практически не зависит от угла прихода сигнала.Так, длл Э = 2 Л, Т = 10 мс, ЛГп = 5,0 кГциц =1,0, с=1 .Измерение угла прихода сигналов осуществляется многократно за времл длительности сигнала Т, т,к, частота Йгенератора квадратурных сигналов выбираетсл такой, чтоТЙ=- Т.2 лПрименение предлагаемого изобретения с повышенной точностью пеленгованияв круговом секторе обзора дает возможность повысить эффективность действия50 гидроакустических .навигационных системпри сокращении времени обзора пространства, Инвариантность к частоте принимаемого сигнала обеспечивает совместимостьпеленгатора с любыми маяками-ответчика 55 ми,Формула изобретения Гидроакустический пеленгатор, содержащий антенную решетку из двух групп пре80072 Р. ГСоставитель А. ЗарубинРедактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Н. Король Заказ 4436 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 обраэователей, каждая из которых содержит не менее трех преобразователей, расположенных вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, о т л и ч.а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности 5 пеленгования сигналов во всем диапазоне измеряемых углов, в него введены два измерителя синуса угла прихода сигнала на линейной антенной решетке, генератор квадратурных сигналов, два амплитудных 10 модулятора, схема разности, два усилителя- ограничителя, две схемы выделения франта, измеритель временных интервалов, генератор тактовых импульсов и преобразователь кода, причем выходы первой группы 15 преобразователей, расположенных вдоль одной оси подключены к входам первого измерителя синуса угла прихода сигнала, выходь 1 второй группы преобразователей, расположенных вдоль второй взаимно пер пендикулярной оси, подключены к входам второго измерителя синуса угла прихода сигнала, выходы обоих измерителей соединены с первыми входами амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами генератора квадратурных сигналов, выходы амплитудных модуляторов подключены к входам схемы разности, выход которой через первый усилитель-ограничитель и первую схему выделения фронта подключен к первому входу измерителя временных интервалов, один из выходов генератора квадратурных сигналов также через второй усилитель-ограничитель и вторую схему вы-. деления фронта соединен с вторым входом измерителя временных интервалов, третий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход измерителя временных интервалов подключен к входу преобразователя кода, выход которого является выходом устройства.