Способ обнаружения (классификации) якорной мины на течении

 

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для обнаружения (классификации) якорных мин на течении. Цель: повышение вероятности обнаружения (классификации) якорной мины на течении. В способе сравнивают накопленную величину угловой протяженности цели с прогнозируемой величиной. Время накопления равно периоду собственных колебаний якорной мины на течении. Кроме того, при определении наличия у измеренной угловой протяженности цели следа вниз по течению принимается окончательное решение об обнаружении (классификации) якорной мины. 2 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для обнаружения якорных мин на течении.

Известен способ обнаружения (классификации) подводного объекта, заключающийся в измерении радиального размера цели.

Недостатком способа является то, что он оптимизирован для случая прямолинейного движения цели с постоянной скоростью. Якорная мина на течении совершает поперечные и продольные колебания. Это приводит к изменению размера накопленного эхопортрета цели во времени. В результате измеренный радиальный размер цели не соответствует размеру реальной цели, что снижает вероятность принятия правильного решения об обнаружении (классификации).

Известен способ обнаружения (классификации) подводного объекта, заключающийся в измерении величины угловой протяженности цели.

Способ оптимизирован для цели, движущейся прямолинейно с постоянной скоростью на протяжении времени накопления. Якорная мина на течении совершает колебательные движения. В результате измеренная накопленная величина угловой протяженности меняется в зависимости от времени накопления, начала измерения, от цикла к циклу. В результате измеренное значение не соответствует физическим размерам объекта, что снижает вероятность правильного принятия решения об обнаружении якорной мины.

Цель изобретения - повышение вероятности обнаружения (классификации) якорной мины на течении.

Для этого измерение величины угловой протяженности цели проводят за время, равное периоду собственных колебаний якорной мины на течении, а затем сравнивают ее с прогнозируемой величиной, определяемой по формуле γ = 2·arctg + Θ, где D - дистанция до цели, м; Θ - ширина характеристики направленности гидролокатора в горизонтальной плоскости, град; К - размах колебаний мины, определяемый по формуле K = ,, где S = - площадь миделевого сечения корпуса мины диаметром d, м²; ρ - массовая плотность жидкости, кгс²/м⁴; V - скорость течения, м/с; М - суммарная масса мины, кгс²/м; ω_n - частота колебаний n-го порядка, определяемая по формуле ω_n= (2n-1) , где l - длина минрепа, м; m - суммарная масса единицы длины минрепа, кгс²/м²;
Т - средняя величина силы натяжения по длине минрепа, кг;
n - порядок резонансных колебаний мины, определяемый путем решения уравнения
(2n-1) < v < [2(n+1)-1] .

Причем время накопления величины угловой протяженности цели определяется частотой собственных колебаний мины t = 2 π / ω_n. За информационный признак обнаружения якорной мины принято соответствие величины угловой протяженности, накопленной за время, равное периоду собственных колебаний якорной мины на течении, прогнозируемой величине γ. Такое время накопления в отличие от заданного нерегулируемого у прототипа позволяет оптимизировать процесс накопления энергии отраженного сигнала по критерию максимального и достаточного охвата диапазона угловых перемещений мины. Кроме того, известно, что во всем мире предпринимаются попытки уменьшить отражательную способность корпуса мины. В этих условиях повышается значение дорожки Кармана за корпусом мины на течении. Поэтому предлагается с обнаружением величины угловой протяженности цели определить наличие или отсутствие данной величины угловой протяженности в виде следа за корпусом мины вниз по течению. Даже при наличии звукопрозрачного корпуса мины образуется дорожка Кармана, при этом известно, что ее ширина в начале соответствует амплитуде колебаний мины, а значит, прогнозируемые и измеренные величины угловой протяженности мины и дорожки Кармана (следа) за корпусом будут одинаковыми. Кроме того, наблюдается уменьшение интенсивности отраженного сигнала от следа по мере удаления участков дорожки Кармана от мины.

Рассмотрим пример для скорости течения в районе V = 0,965 м/с и разведывательных данных, определяющих примерный типа поставленных в районе мин, а также параметров предполагаемого образца мины:
а) длина минрепа в расчетах принимается в соответствии с известным правилом, так, например, для глубин до 460 м мина устанавливается на половине глубины места постановки, глубина моря в районе цели 456 м, тогда длина минрепа l = 228 м;
б) cуммарная масса мины М = 89,13 кгс²/м;
в) cуммарная масса единицы длины минрепа m = 3,06˙10^-2 кгс²/м²;
г) cредняя величина силы натяжения по длине минрепа Т = 137,2 кг;
д) диаметр корпуса d = 0,875 м;
е) ρ = 102 кгс²/м⁴.

Осуществляют следующие расчеты:
1. Определяют порядок резонансного поперечного колебания мины, для чего находят диапазон скоростей течения, в котором имеет место резонанс первого или второго или высших порядков, для этого используют известную формулу
(2n-1) < v < [2(n+1)-1] .

В результате проведенных расчетов имеют:
для резонансных колебаний первого порядка n = 1
0,322 м/с < V < 0,966 м/с;
для резонансных колебаний второго порядка n = 2
0,966 м/с < V < 1,61 м/с;
2. Сравнивая скорость течения в районе V = 0,965 с рассчитанными диапазонами, определяют, что мина совершает резонансные колебания первого порядка, т.е. n = 1;
3. Определяют частоту резонансных колебаний первого порядка по известной формуле
ω_n= (2n-1) = · .

4. Определяют амплитуду колебаний мины по известной формуле
U_n = =
= = 1,58 м;
5. Вычисляют размах колебаний мины, равный удвоенному значению амплитуды
K = 2, U_n = 2, U₁ = 2˙1,58 = 3,16 м;
6. Вычисляют величину угловой протяженности цели при условии наблюдения с дистанции до цели 1000 или 1500 м по формуле
γ = 2·arctg + Θ, где Θ - ширина характеристики направленности гидролокатора в горизонтальной плоскости, примем Q = 1^o;
D - дальность до цели, примем равной 1000 и 1500 м,
тогда для К = 3,16 м получим
γ = 2·arctg + 1°= 0,18 + 1 = 1,18°(для D = 1000 м)
γ = 2·arctg + 1°= 0,12 + 1 = 0,12°(для D = 1500 м), для сравнения с угловой протяженностью неподвижной мины
γ = 2·arctg + 1°= 1,05°, (для D = 1000 м)
γ = 2·arctg · 1°= 1,033°, (для D = 1500 м)
Сравнение дает заметное отличие, подтверждающее, что легче обнаружить цель с угловой протяженностью 1,18 чем 1,05^o. Таким образом, прогнозируемая величина угловой протяженности для дистанции 1000 м составила 1,18^o, что в 1,18/1,05 = 1,12 раз больше, чем у прототипа. Значит, вероятность правильного обнаружения увеличивается, что и требовалось показать. Прогнозируемая величина достигнет значения за время, равное периоду собственных колебаний мины, расчет которого производится по известной формуле
t = 2π/ω_п= = 13,6 c.

Сравнение с прототипом показывает, что предлагаемый способ имеет следующие отличительные признаки:
1. Вместо угловой протяженности цели по одному циклу излучения-приема или заданному времени предлагается использовать соответствие накопленной величины угловой протяженности прогнозируемой величине, определяемой диапазоном возможных отклонений мины от положения равновесия в процессе колебательного движения под воздействием течения;
2. В отличие от заданного времени накопления у прототипа предлагается время накопления выбирать в соответствии с ожидаемым периодом собственных колебаний мины под воздействием течения;
3. В отличие от известных технических решений предлагается принять окончательное решение об обнаружении (классификации) якорной мины при дополнительном наличии у цели следа вниз по течению, величина протяженности которого за корпусом соответствует прогнозируемой величине угловой протяженности самой цели (за время накопления, равное периоду собственных колебаний якорной мины на течении). Ниже по течению отраженные сигналы от следа имеют характерное изменение как угловой протяженности, так и интенсивности эхоcигнала.

Новая совокупность признаков и их свойство обнаруживать якоpную мину на течении позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого способа критериям новизны и изобретательского уровня. При этом повышается вероятность обнаружения (классификации) якорной мины на течении, в том числе и при звукопрозрачном корпусе мины. Достигаемый при этом технический результат - повышение вероятности обнаружения (классификации) якорной миры - обеспечивает повышение защиты корабля от якорных мин.

На фиг.1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, где показаны гидролокатор 1, многоперьевой регистратор 2 в координатах дальность - угловая протяженность по элементам пространственных каналов, блок 3 вычисления прогнозируемой величины угловой протяженности и времени накопления, информационная связь 4 гидролокатора 1, регистратора 2 и блока 3, линия 5 связи блока 3 с последним каналом регистратора 2 для отображения величины прогнозируемой угловой протяженности, мерная линейка 6 для измерения величины угловой протяженности цели с индикатора, связь 7 синхронизации работы устройства от гидролокатора.

На фиг.2 дана структурная схема алгоритма работы заявляемого технического решения, где обозначено: 1 - излучение сигналов гидролокатором в исследуемый объем; 2 - измерение угловой протяженности эхопортрета по отраженным гидроакустическим сигналам гидролокатора; 3 - определение накопленной величины угловой протяженности для всех элементов дальности по всем пространственным каналам в исследуемом объеме пространства, при этом время накопления поступает с блока 7; 4 - ввод исходных данных; 5 - вычисление номера порядка резонансного колебания мины путем решения уравнения
(2n-1) < v < [2(n+1)-1] ; 6 - определение частоты резонансного колебания
ω_n= (2n-1) ; 7 - вычисление периода собственных колебаний t = 2 π / ω_n и присвоение полученного значения времени накопления t_накоп = t, передача полученного значения в блок 3; 8 - вычисление амплитуды колебаний мины
U_n = ; 9 - определение размаха колебаний мины К = 2 ˙ U_n; 10 - вычисление угловой протяженности цели
γ_{прогноз}= γ = 2· arctg + Θ; 11 - сравнение измеренной величины угловой протяженности для всех элементов дальности и по всем пространственным каналам с прогнозируемой величиной γ_{прогноз}; 12 - выработка классификационного признака "якорная мина на течении" с уточнением координат мины (элемент дальности, с которого вниз по течению наблюдается γ_измер > > γ_{прогноз}, а также пространственного канала, для которого γ_измер : γ_измер > γ_{прогноз}. и имеет максимальное значение; 13 - выработка классификационного признака "след якорной мины" по изменению γ_{измерен.} для последовательных элементов дальности, в которых обнаружено ее последовательное изменение. Кроме того, отмечается убывающая вниз по течению интенсивность отраженных от следа сигналов; 14 - выработка окончательного решения об обнаружении (классификации) якорной мины на течении по совместному наличию классификационных признаков от блоков 12 и 13.

Способ заключается в том, что в исследуемый объем пространства (район цели) [фиг. 1] с помощью гидролокатора 1 излучают акустические сигналы, затем принимают эхосигналы, проводят измерение величины угловой протяженности эхосигналов с помощью многоперьевого регистратора 2 по всем элементам дальности исследуемого сектора с центром, совпадающим с направлением на цель, и сравнивают накопленную величину угловой протяженности цели, измеренную мерной линейкой 6, с прогнозируемой величиной, рассчитанной в блоке 3. При этом время развертки многоперьевого регистратора 2 равно времени накопления величины угловой протяженности, которая рассчитывается как величина периода собственных колебаний якорной мины на течении.

Структурная схема алгоритма приведена на фиг.2. По информационным связям 4 (см.фиг.1) информация с гидролокатора 1 поступает параллельно на соответствующие каналы многоперьевого регистратора 2. По линии 5 связи величина прогнозируемой угловой протяженности поступает на вход последнего канала регистратора 2 и предназначена для визуального сравнения оператором с измеренными по мерной линейке 6 накопленными величинами угловых протяженностей. При этом мерная линейка 6 может перемещаться вдоль шкалы дальности. Связь 7 синхронизации согласует работу всех элементов и управляет через гидролокатор 1 работой многоперьевого регистратора 2, используя для этого рассчитанное в блоке 3 время накопления как время развертки многоперьевого регистратора.

Оценка эффективности предлагаемого способа показывает, что в сравнении с прототипом используются информационные признаки:
соответствие величины угловой протяженности цели прогнозируемой величине больше чем от самой цели в 1,18/1,03 = 1,12 раз для дистанции 1000 м. Это повышает вероятность правильного обнаружения (классификации);
наличие протяженного (значительно большего размера цели) следа (дорожки Кармана) с угловой протяженностью, соответствующей прогнозируемой величине. Это также способствует увеличению вероятности правильного обнаружения (классификации);
совокупность первого и второго признаков приводит к увеличению вероятности правильного обнаружения (классификации) якорной мины на течении.

Это позволяет сделать вывод о более высокой эффективности способа по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ (КЛАССИФИКАЦИИ) ЯКОРНОЙ МИНЫ НА ТЕЧЕНИИ, заключающийся в излучении акустических тональных сигналов, регистрации приемником величины угловой протяженности цели по отраженным сигналам и принятии решения об обнаружении (классификации) по выходному сигналу приемника, отличающийся тем, что решение принимают путем сравнения накопленной величины угловой протяженности с прогнозируемой величиной γ , определяемой по формуле
γ = 2 arctg (K / 2D) + Θ ,
где Θ - ширина характеристики направленности гидролокатора, град;
D - дистанция до цели, м;
K - размах колебаний мины, определяемый по формуле
K = ,,
где s = π d ² / 4 - площадь миделевого сечения корпуса мины диаметром d, м;
ρ - массовая плотность жидкости, кгс²/м³;
v - скорость течения, м/с;
M - суммарная масса мины, кгс²/м;
ω_n - частота собственных колебаний n-го порядка, определяемая по формуле
ω_n= (2n-1)·
где l - длина минрепа, м;
m - суммарная масса единицы длины минрепа, кгс²/м²;
T - средняя величина силы натяжения по длине минрепа, кг;
n - порядок собственных колебаний мины, определяемый путем решения неравенства
(2n-1) < v < 2(n+1)-1
причем время накопления t величины угловой протяженности цели определяется периодом собственных колебаний якорной мины на течении и рассчитывается по формуле t = 2 π / ω_n .

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при определении наличия у измеренной накопленной величины угловой протяженности монотонного изменения и уменьшающейся интенсивности отраженного сигнала вниз по течению принимают окончательное решение об обнаружении (классификации).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2