Система охраны объектов со стороны водной среды с прямой передачей информации через границу вода-воздух

Авторы патента:

G01S15/00 - Системы с использованием отражения или вторичного излучения акустических волн, например системы гидроакустических станций

Владельцы патента RU 2548937:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") (RU)

Изобретение относится к техническим средствам охраны объектов со стороны водной среды с прямой передачей информации в пункт приема об обнаруженных подводных целях через границу вода-воздух на основе эффекта параметрического взаимодействия электромагнитных и акустических колебаний, организованных на границе вода-воздух. Система охраны предназначена для использования в морских областях, озерах, в речных руслах и каналах. Использование в системе прямой передачи информации через границу вода-воздух позволяет оперативно развертывать систему охраны в зоне наблюдений, не прокладывать по дну кабели и не использовать радиобуи на водной поверхности, тем самым исключить возможность несанкционированных внешних воздействий на систему. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение надежности и эффективности системы охраны, упрощение и удешевление передачи в пункт приема информации о подводной обстановке в сложных условиях проведения подводных наблюдений и охранных мероприятий в реальных акваториях. 2 ил.

Изобретение относится к техническим средствам охраны объектов со стороны водной среды от пловцов-террористов с предусмотренной защитой от возможных внешних воздействий для применения в морских областях, озерах, в речных руслах и каналах.

Предложенная система охраны может быть использована для организации охраны береговых объектов со стороны водной среды или охраны подводных сооружений, таких как проложенные под водой кабели, коллекторы, трубопроводы, а также охраны судов на якорной стоянке, морских нефтяных платформ, входов в порты, опор мостов, каналов, акваторий гидро и атомных станций, пирсов, верфей, гаваней от возможных нарушителей или террористов.

Для решения задач охраны в таких условиях обычно организуют помещенные в водную среду средства обнаружения подводных целей, такие как гидролокаторы, приемники звука, магнитометры. Кроме того, обязательными элементами таких систем являются средства передачи информации об обнаруженных целях в пункт приема, требующие прокладывать по дну кабели или использовать радиобуи на водной поверхности. Так, в системе охраны, описанной в патенте RU 2161319 C1, для обнаружения подводных объектов используется набор гидроакустических станций, образующих барьерную линию рубежа, с передачей принятых эхо-сигналов по кабельной линии связи на береговой пост. В результате не удается быстро развернуть систему охраны в зоне наблюдений, обеспечить ее скрытность и невозможно исключить в отношении нее несанкционированные внешние воздействия.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании системы охраны с простой реализацией и расширенной областью применения, позволяющей быстро развернуть систему и скрытно передавать информацию об обнаруженных целях в пункт приема и тем самым повысить надежность и эффективность работы системы.

Для решения поставленной задачи предложено использовать в системе охраны прямую передачу информационных сигналов из водной среды через границу вода-воздух. Предпосылкой возможности осуществления такой передачи являются известные физические процессы, сопровождающие эффект параметрического взаимодействия электромагнитных и акустических колебаний на границе вода-воздух [1, 2]. В этом эффекте возбуждение водной поверхности со стороны водной среды звуковыми колебаниями частотой ƒ₃ и одновременное воздействие на водную поверхность со стороны воздушной среды электромагнитными колебаниями частотой ƒ_p приводит к появлению в отраженных от водной поверхности электромагнитных колебаниях составляющих разностной частоты ƒ_p-ƒ₃. Такой эффект может быть использован для передачи информации из водной среды через границу вода-воздух. Удобство такого метода состоит в том, что канал передачи информации может быть быстро развернут в зоне наблюдений и, что важно, не потребуется прокладка подводных кабелей или использование радиобуев на водной поверхности, что делает канал передачи скрытным и исключает в отношении него возможные несанкционированные внешние воздействия.

В соответствие с рассмотренными представлениями система для осуществления способа передачи информации содержит звуковой излучатель, создающий в водной среде направленное вверх в сторону водной поверхности в узком секторе излучение звуковых колебаний частотой ƒ₃, возбуждающее водную поверхность. При этом излучение звуковых колебаний управляется (моделируется) информационными сигналами, поступающими от внешних устройств охраны в виде помещенных в водную среду средств обнаружения подводных целей. Пятно, возбужденное акустическим полем на водной поверхности, отслеживается электромагнитным радиолучом, сформированным в воздушной среде.

Принимаемые из области пятна отраженные электромагнитные колебания настраиваются на прием частоты модуляции электромагнитных колебания в области ƒ₃, выделение которых осуществляется в электронном комплексе обработки данных как передаваемая информация, поступающая от внешних устройств. Такой информацией могут быть параметры обнаруженной цели: факт ее обнаружения, направление движения обнаруженной цели, ее скорость, место нахождения и количество обнаруженных целей. Электронный комплекс обработки данных может состоять из ряда соединенных между собой электронных блоков обработки данных.

Сущность заявленной системы передачи информации поясняется чертежами:

фиг. 1 - взаимное расположение электромагнитного приемоизлучателя и звукового излучателей при передаче информации;

фиг. 2 - общая структурная схема системы охраны.

Взаимное расположение электромагнитного приемоизлучателя и акустического излучателя показано на фиг. 1, вид сбоку, где 1 - акустический излучатель, управляемый информационными сигналами, поступающими от внешних устройств, создающий узкий сектор излучения в сторону водной поверхности, 2 - пятно на водной поверхности, возбужденное акустическим полем излучателя, 3 - сформированный в воздушной среде канал электромагнитного излучения и приема отраженных от водной поверхности электромагнитных колебаний, 4 - электромагнитный приемоизлучатель, осуществляющий излучение и прием отраженных от водной поверхности электромагнитных колебаний.

Предложенная система охраны осуществляется в соответствии со структурной схемой, показанной на фиг. 2, которая включает следующие элементы:

1 - внешние устройства, предназначенные для обнаружения подводных целей и получения информации об их параметрах;

2 - акустический излучатель, направленный в сторону водной поверхности, управляемый информационными сигналами, поступающими от внешних устройств;

3 - канал электромагнитного излучения и приема отраженных от водной поверхности электромагнитных колебаний;

4 - электронный комплекс приема, выделения и обработки информации, содержащейся в принимаемых отраженных от водной поверхности электромагнитных колебаниях, состоящий из соединенных между собой блоков приема радиосигналов и отображения на экране монитора принятой информации.

Каждый из признаков, включенных в формулу изобретения, необходим, а все вместе они достаточны для достижения поставленной цели, то есть в формулу изобретения включены существенные признаки.

Предлагаемое техническое средство, передающее информацию об обнаруженных целях из водной среды через границу вода-воздух, достаточно просто в изготовлении и мало по стоимости, поскольку ограничено функцией передачи исходной информации, поступающей от внешних устройств, и поэтому не требует в своем составе применения сложных и дорогостоящих каких-либо дополнительных устройств. Так, в случае встраивания предлагаемой системы передачи информации в систему обнаружения подводных целей такими внешними устройствами, служащими источниками исходной информации для дальнейшей ее передачи в пункт приема, могут быть гидролокаторы, звукоприемники, магнитометры или совокупность этих внешних устройств. В такой системе функция обнаружения цели и функция передачи информации в пункт приема об обнаруженной цели четко разделены, что позволяет оптимизировать параметры обеих частей системы, применяя, например, эффективные способы обнаружения подводных целей независимо от используемого радиогидроакустического канала передачи информации или оптимально решая канал передачи в пункт приема наиболее полной информации об обнаруживаемых целях.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение надежности и эффективности системы охраны за счет возможности ее быстрого развертывания в зоне наблюдений и обеспечения ее скрытности в сложных условиях проведения подводных наблюдений и охранных мероприятий в реальных акваториях.

Источники информации

1. Г.Я. Шайдуров. Потенциальные возможности параметрического канала передачи информации через границу вода-воздух. // Успехи современной радиоэлектроники, №7, 2009, с. 41- 48.

2. И.Е. Ушаков, И.Ф. Шишкин. Радиолокационное зондирование гидроакустических возмущений морской поверхности

Система охраны объектов со стороны водной среды с прямой передачей через границу вода-воздух информации об обнаруженных подводных целях, содержащая технические средства обнаружения подводных целей и средства передачи информации об обнаруженных целях в пункт приема, отличающаяся тем, что прямая передача информации через границу вода-воздух осуществляется на основе эффекта параметрического взаимодействия электромагнитных и акустических колебаний на границе вода-воздух, организованных с использованием акустического излучателя на дне, направленного в сторону водной поверхности и управляемого информационными сигналами, поступающими от обнаружителя подводных целей, и электромагнитного приемоизлучателя в воздушной среде, при этом выделение информации об обнаруженных целях, содержащейся в принимаемых отраженных от водной поверхности электромагнитных колебаниях, проводится с помощью электронного комплекса обработки данных.

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, а именно к сооружению технологических комплексов, предназначенных для обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений и работающих в экстремальных условиях.

Способ для автоматизированной регистрации в реальном времении морских млекопитающих // 2546548

Изобретение относится к автоматизированной регистрации в реальном времени морских млекопитающих. Техническим результатом является повышение точности регистрации в режиме реального времени морских млекопитающих.

Активный гидролокатор // 2545326

Активный гидролокатор // 2545067

Активный гидролокатор // 2543674

Гидролокационный способ обнаружения подвижных подводных объектов с движущейся подводной платформы // 2540937

Изобретение относится к области использования систем технического зрения для обнаружения объектов и скорости их движения на гидролокационных изображениях. Техническим результатом изобретения является высокая точность определения координат объектов, окружающих подвижную подводную платформу, и скорости их движения за счет использования совместной обработки последовательности гидролокационных изображений и данных инерциальной системы самой движущейся платформы. .

Система для освещения подводной обстановки // 2538440

Система для освещения подводной обстановки относится к специальной технике и может быть использована для обнаружения и опознания подводных объектов, а также для сигнализации и оповещения о появлении на акваториях морских объектов хозяйственной деятельности (акватории портов, морские терминалы по добыче и транспортировке углеводородов, гидротехнические сооружения и т.д.) неизвестных малогабаритных подвижных аппаратов (МПА) или подводных пловцов (ПП), а также для обнаружения и сопровождения айсбергов.

Гидроакустический комплекс для обнаружения движущегося заглубленного источника звука и измерения его координат в мелком море // 2537472

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося заглубленного источника звука, измерения координат источника звуковых волн в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических приемников, установленных на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными.

Устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории // 2529626

Изобретение относится к области использования навигационных и промерных эхолотов и может быть применено для их тарировки. Техническим результатом изобретения является повышение точности тарирования эхолотов и снижение трудозатрат на ее проведение.

Способ обработки гидролокационной информации // 2529441

Использование: гидроакустика и может быть использовано для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки. Сущность: способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием отраженного эхосигнала, формирование статического веера характеристик направленности, формирование цифрового массива данных с выхода тракта когерентной обработки по каждому пространственному каналу, последовательный вывод цифровых отсчетов на индикатор, определение порога автоматического обнаружения по среднему значению амплитуд цифровых отсчетов первого и второго циклов обработки по всем пространственным каналам, вывод цифровых отсчетов на индикатор осуществляется по правилу А=Аотсч/ (Г-К), где А амплитуда отсчета, выводимая на индикатор, Аотсч - амплитуда исходного цифрового отсчета, Г - параметр, определяемый оператором как глубина регулировки усиления, К - номер цикла обработки, порог автоматического обнаружения выбирается из условия минимума пропуска эхосигнала от цели, формирование общего цифрового массива данных с выхода тракта когерентной обработки по всем пространственным каналам от момента излучения до момента достижения зондирующим сигналом установленной шкалы работы, определение отсчетов, превысивших порог, определение номера пространственного канала М, определение временного положения отсчета Т, проведение классификации по цифровым отсчетам обнаруженной цели из общего цифрового массива по М пространственным каналам, средний канал из которых равен измеренному каналу, и во временном окне, равном Н циклам набора временной реализации, автоматическое определение классификационных признаков и автоматическое принятие решения о классе цели, вывод результата обработки по обнаруженной цели на индикатор с указанием номера цели, измеренных координат М и Т, классификационных признаков и класса обнаруженной цели, при очередном обнаружении превышения порога процедура повторяется до окончания шкалы дистанции и по совокупности всех обнаруженных целей формируется банк классификации.

Активный гидролокатор // 2553730

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности обнаружения с высокой вероятностью объектов на фоне реверберационной помехи, при неизвестной радиальной скорости отражающего объекта, определения с повышенной точностью координат и параметров движения обнаруженных объектов при излучении только одной посылки. 1 ил.

Многоэлементная гидроакустическая антенна // 2554281

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к конструированию многоэлементных антенн гидроакустических комплексов надводных кораблей и подводных лодок. Предложена многоэлементная гидроакустическая антенна, содержащая основание, на котором закреплены секции, в которых размещены стержневые пьезокерамические преобразователи, каждая секция заключена в герметичный корпус и содержит на лицевой стороне пластину, в отверстиях которой установлены передние накладки стержневых пьезокерамических преобразователей, герметично соединенные со стенками отверстий резиновыми развязками-уплотнениями, и каждая секция имеет электрический вывод. В антенне каждая пластина представляет собой сегмент цилиндрической поверхности высотой h с центральным углом β, многоэлементная гидроакустическая антенна выполнена в виде сегмента толстостенного цилиндра толщиной b, где b - радиальный размер секции, высотой nh, где n - количество секций по высоте многоэлементной гидроакустической антенны, и центральным углом α=kβ, где k - количество секций по направляющей цилиндрической поверхности, причем основание многоэлементной гидроакустической антенны выполнено в виде круглого металлического фланца, снабженного стойками, перпендикулярными фланцу и имеющими форму сегмента цилиндрической поверхности конгруэнтной внутренней поверхности секции, стойки смещены от края основания на расстояние b, причем корпус каждой секции с ее тыльной поверхности скреплен разъемными соединениями с двумя стойками, ширина стойки b1 выполнена достаточной для размещения разъемного соединения, которое может быть выполнено резьбовым, а электрические выводы от секций выполнены с их тыльной стороны в промежутках между стойками и выведены из антенны через центральное отверстие во фланце. Это позволяет упростить транспортировку антенны на объект и ее сборку, что повышает ее технологичность, снижает стоимость и массогабаритные характеристики, а возможность замены секции непосредственно на корабле повышает ресурс и долговечность без снижения тактико-технических характеристик. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ обработки гидроакустического сигнала шумоизлучения объекта // 2555194

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для разработки гидроакустической аппаратуры различного назначения. Способ позволяет автоматически обнаруживать гидроакустические сигналы шумоизлучения объектов. Способ обработки гидроакустического сигнала шумоизлучения объекта, содержащий прием сигнала шумоизлучения, определение спектра шумового сигнала и помехи, накопление, сравнение результата, прием сигнала шумоизлучения производят с выхода единой антенны, производят выделение реальной части спектра, выделение мнимой части спектра, повторение процедуры выделения реальной части спектра и повторение процедуры выделения мнимой части спектра для N последовательных наборов, суммирование реальных частей по N наборам, суммирование мнимых частей по N наборам, возведение в квадрат суммы реальных частей, возведение в квадрат суммы мнимых частей, определение энергетического спектра сигнала суммы, одновременно с определением энергетического спектра суммы по тем же исходным данным определяется энергетический спектр разности, определяют энергетический спектр разности как сумму квадратов N наборов разности реальных частей и сумму квадратов N наборов разности мнимых частей, а решение о наличии сигнала шумоизлучения объекта принимается в том случае, если энергетический спектр суммы будет больше энергетического спектра разности. 1 ил.

Способ высокоточного координирования подводного комплекса в условиях подледного плавания // 2555479

Изобретение относится к области подводной навигации и, в частности, может быть использовано для определения собственных координат АНПА при его перемещении подо льдом в высоких арктических широтах. Технический результат заключается в повышении точности позиционирования АНПА при проведении подледных работ в высоких арктических широтах за счет исключения из системы датчика курса АНПА, т.е. исключения влияния ошибок его измерений на общую оценку горизонтальных координат аппарата. Предложенное техническое решение позволяет также исключить ограничивающие условия оценки координат аппарата из-за неблагоприятного геометрического (пространственного) расположения ГМ и АНПА. Использование радионавигационных приемников GPS/ГЛОНАСС, ГАНС-УКБ при определении местоположения ГМ, в качестве которого используется ТНПА, а также исключение измерения курса АНПА и ОС прямым путем, что является источником некорректных данных в высоких арктических широтах, а также повышение маневренности ГМ позволили решить задачу оценки собственных координат АНПА в условиях подледного плавания. 3 ил.

Способ пассивной акустической локации подводных пловцов // 2556302

Изобретение относится к гидролокации, конкретно к пассивным способам акустического обнаружения и локации подводных пловцов в толще воды, и может быть использовано при проведении подводных поисковых и спасательных работ, осуществлении охраны береговых сооружений и пляжей со стороны водной среды или охраны подводных сооружений, а также охраны судов на якорной стоянке, морских нефтяных платформ, входов в порты, опор мостов, каналов, акваторий гидростанций. Способ основан на обнаружении и выделении из зарегистрированных шумов исследуемой акватории квазипериодических модуляций неустранимых низкочастотных дыхательных шумов подводного пловца, вызванных ритмом дыхательных маневров, частота которых лежит в диапазоне 0,1-1 Гц. Технический результат - увеличение дальности обнаружения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ дистанционной диагностики гидробионтов // 2557998

Применение: Изобретение относится к области рыболовства и предназначено для диагностики гидробионтов (обнаружения, определения местоположения и перемещения, вида, возраста, пола и состояния). Сущность: Технический результат - определение не только наличия и местоположения, но также вида, возраста, пола и состояния гидробионтов: рыбы и других объектов аквакультуры. Достигается тем, что с помощью измерений температурного поля обследуемой акватории и эхолокации по установленным ранее эмпирическим зависимостям поведения гидробионтов (предпочтению определенных параметров среды обитания, скорости перемещения, характерным движениям в зависимости от вида, возраста, пола и состояния) от температуры определяют наличие и местоположение гидробионтов, а также их вид, возраст, пол и состояние.

Активный гидролокатор // 2558017

Изобретение относится к гидроакустической технике, в частности к области активной гидролокации. Согласно изобретению активный гидролокатор, включает процессорный блок, приемо-передающий блок, соединительный кабель от процессорного к приемо-передающему блоку, антенный блок гидролокатора со встроенным сигнальным и управляющим кабелем, при этом приемо-передающий блок выполнен выносным и содержит две фазируемые антенные решетки, работающие в паре, одна из которых - излучающая с веерной диаграммой направленности, установлена внутри корпуса с возможностью вращения в горизонтальной плоскости вокруг оси, проходящей через ее геометрический центр, а другая - приемная антенная решетка, неподвижно закреплена на корпусе и выполнена в виде кольца, охватывающего герметичный корпус, заполненный жидкостью для компенсации гидростатического давления внешней среды. Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции гидролокатора и его эксплуатации, снижение его стоимости за счет использования в нем промышленно выпускаемых комплектующих и существующих алгоритмов обработки данных. 3 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий // 2563317

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для измерения скорости звука в естественных водоемах. Предложен способ акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, заключающийся в формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, которой включает измерение скорости распространения звука, температуры и давления в образцовой зоне водоема на фиксированных горизонтах, свободной от загрязнений техногенного характера, при этом полученные значения измеренной скорости распространения звука являются эталонными значениями для данного водоема и заносятся в память вычислительного устройства средства акустического мониторинга, при формировании в морской среде акустической трассы распространения звука и обработке принятого приемным элементом трассы акустического сигнала, измерения скорости распространения звука выполняют при температуре и давлении, соответствующих температуре и давлению полученных эталонных значений скорости распространения звука на фиксированных горизонтах акватории исследуемого водоема. Технический результат заключается в повышении достоверности способа акустического мониторинга изменчивости параметров морских акваторий, а также расширении функциональных возможностей. 1 ил.

Устройство гидроакустической визуализации // 2568338

Использование: изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано при поиске и распознавании подводных объектов в условиях ограниченной оптической видимости на основе формирования их акустического изображения. Сущность: устройство гидроакустической визуализации, содержащее размещенные в герметичном корпусе антенный блок, включающий установленные в одной плоскости перпендикулярно продольной оси герметичного корпуса излучающую и приемную многоэлементные решетки в виде взаимно перпендикулярных линеек, генератор излучаемого сигнала, соединенную с его выходом многоотводную линию задержки, многоканальный усилитель, выход которого соединен с излучающей многоэлементной решеткой, блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные с выходом приемной антенной решетки приемный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь характеристик направленности и блок вычисления корреляционной функции, второй вход которого подключен к выходу генератора излучаемого сигнала, а также размещенный в герметичном корпусе блок графического отображения акустического изображения, содержащий видеоконтроллер, соединенный кабельной линией связи с выходом блока обработки принятого сигнала, графический дисплей, соединенный с выходом видеоконтроллера, и пульт управления, подключенный к входу видеоконтроллера, снабжено блоком коммутаторов, включенным между многоотводной линией задержки и многоканальным усилителем, и блоком формирования линейно возрастающих времен задержки, включенным между генератором излучаемого сигнала и блоком коммутаторов, при этом управляющий вход блока коммутаторов соединен через кабельную линию связи с пультом управления блока отображения графической информации. Изобретение позволяет существенно увеличить скорость обзора пространства в режиме поиска (режим 2D) за счет облучения всего пространства обзора всего за одну посылку зондирующего сигнала. При необходимости распознавания обнаруженного подводного объекта включается режим 3D, который позволяет воспроизводить его трехмерное изображение, существенно расширяя при этом возможность распознавания. Технический результат: увеличение скорости обзора пространства в режиме поиска за счет обзора всего освещаемого пространства всего за одну посылку зондирующего сигнала. 3 ил.

Способ измерения дистанции гидролокатором // 2571432

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке гидроакустической аппаратуры для повышения точности измерения дистанции, а также при проведении мониторинга морских районов. Сущность: способ измерения дистанции гидролокатором содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала, измерение времени задержки между излучением зондирующего сигнала tиз1 и приемом отраженного эхосигнала tпр1, определение дистанции по формуле Д=0,5C(tиз1-tпр1), где С - скорость звука, измерение собственной скорости движения V, излучение второго зондирующего сигнала через интервал времени Т, измерение времени излучения второго зондирующего сигнала tиз2, измерение времени приема второго эхосигнала tnp2, определение скорости звука при распространении по трассе по формуле C=2VT/{(tиз1-tпр1)-(tиз2-tпр2)}, а оценку измеренной дистанции Д производят с использованием измеренной скорости звука. Технический результат: повышение точности измерения дистанции. 1 ил.