Способ поиска затонувших объектов
Владельцы патента RU 2645743:
федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия связи имени Маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства обороны Российской Федерации (RU)
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения координат затонувших объектов (летательных аппаратов, кораблей и т.п.). Достигаемый технический результат - снижение временных и материальных затрат на поиск затонувшего объекта и повышение точности определения его координат. Указанный результат достигается за счет того, что предварительно на объект, запланированный для пересечения водной поверхности, устанавливают N≥1 контейнеров, в каждом из которых уложен отражатель электромагнитных волн (ЭМВ) с возможностью его автоматической отстыковки при погружении объекта в водную среду, отстыкованный отражатель саморазворачивается и всплывает на водную поверхность, причем отражатель выполнен в виде сетчатой структуры, в узлах которой установлены металлизированные элементы с положительной плавучестью. В район предполагаемого погружения объекта направляют поисковый летательный аппарат с установленной на нем радиолокационной станцией, которая облучает водную поверхность и по сигналам, рассеянным отражателем ЭМВ, фиксируют координаты затонувшего объекта. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения координат затонувших объектов (воздушных летательных аппаратов (ЛА), подводных или надводных судов), которые в результате аварии погрузились в водную среду.
Известны способы обнаружения объектов, исходящих под водой.
Известный способ-аналог обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта по патенту RU №2280266, опубл. 20.07.2006, бюл. №20 G01S 15/04 (2006.01), предусматривает выполнение следующих действий:
с носителя гидролокационной аппаратуры (НГА), снабженного приемо-передающей антенной гидролокатора бокового обзора излучают сигнал, принимают отраженный сигнал, измеряют время распространения сигнала и вычисляют расстояние до объекта, перемещают НГА над дном относительно предполагаемого объекта с одновременным излучением акустического сигнала, принимают отраженный от объекта сигнал и повторно вычисляют расстояние до объекта.
Недостатком данного аналога является низкая эффективность поиска, возникающая в случае неопределенности возможного нахождения объекта.
Известен способ обнаружения объектов под водой по патенту RU №2424542, опубл. 20.07.2011, бюл. №32, МПК G02B 27/00 (2006.01).
Способ-аналог включает следующие действия: регистрируют непосредственно в водной среде стереоскопические изображения контролируемого водного пространства и анализируют их; одномоментно регистрируют стереоскопические изображения из нескольких разнесенных точек; анализируют все изображения; определяют посторонние объекты по их теням от источников света.
Недостатком данного аналога является ограниченная область применения, ограниченная только небольшими глубинами погружения обнаруживаемого объекта.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ обнаружения подводных объектов по патенту RU №2495448, опубл. 10.10.2013, бюл. №28 МПК G01S 5/02, G01S 15/06 (2010.01).
Способ-прототип включает следующие действия: в заданной точке океана располагают корабли, с борта которого излучают звуковую волну, облучают отдельные участки возникающей поверхностной волны электромагнитным сигналом с борта первой группы самолетов, принимают отраженные сигналы второй группой самолетов, измеряют Доплеровский сдвиг принятых сигналов, с помощью которого определяют координаты подводного объекта.
Недостатками прототипа являются:
большие материальные затраты, связанные с необходимостью использования корабля, большого числа самолетов и организацией поиска;
низкая точность определения координат объекта даже при незначительном волнении поверхности водного пространства из-за разрушения волновой дифракционной решетки на поверхности водного пространства, на основе которой реализуют способ вычисления координат объекта;
поиск возможен только при предварительно известном месте нахождения подводного объекта, к которому необходимо направить корабль, переход которого с учетом больших площадей акватории моря или океана требует до нескольких суток;
способ практически неприменим при нахождении объекта на многокилометровых глубинах.
Целью изобретения является разработка способа поиска затонувших объектов (судов, самолетов и т.п.), обеспечивающего снижение материальных и временных затрат на его реализацию, повышение точности определения координат объекта.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе поиска затонувших объектов, заключающемся в том, что с борта поискового летательного аппарата (ПЛА), излучающего сигнал, принимают отраженный от водной поверхности сигнал и фиксируют его координаты, в заявленном способе излучают и принимают электромагнитный сигнал (ЭМС) с помощью бортовой радиолокационной станции (РЛС) ПЛА.
Предварительно на корпусе объекта, запланированного для пересечения водной поверхности, устанавливают N≥1 контейнеров. В каждом из контейнеров уложен в свернутом состоянии отражатель электромагнитных волн (ЭМВ) с возможностью его автоматической отстыковки от при погружении объекта в водную среду. Отражатель ЭВМ выполнен с положительной плавучестью. При обнаружении факта пропажи объекта в предполагаемый район водной поверхности направляют ПЛА, облучают с помощью бортовой РЛС водную поверхность. При приеме рассеянного отражателем ЭМВ сигнала фиксируют его координаты, указывающие на местонахождение затонувшего объекта.
Отражатель ЭМВ выполнен в виде саморазворачивающейся сетчатой структуры, в узлах которой закреплены металлизированные элементы с положительной плавучестью. В качестве элементов используют металлизированные гранулы из материала с плотностью, обеспечивающей их положительную плавучесть.
При заданной высоте Н полета ПЛА эффективную площадь рассеяния выбирают из условия [1, с. 357]:
где 
и 
- соответственно мощность на выходе передатчика и на входе приемника РЛС; G - коэффициент усиления приемо-передающей антенны РЛС; λ - длина рабочей волны РЛС.
Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает в автоматическом режиме маркировку района водной поверхности, где произошло погружение объекта в толщу воды. Поиск в этом районе не требует больших материальных и временных затрат, т.к. относительно просто обнаруживается с помощью РЛС ПЛА благодаря всплытию на водную поверхность эффективного отражателя ЭМВ. Отмеченное указывает на возможность достижения указанного технического результата при использовании заявленного изобретения.
Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:
на фиг. 1 - виды объектов, подлежащие поиску в водной среде: а) подводная лодка; б) самолет;
на фиг. 2 - отражатель ЭМВ в виде сетчатой структуры: а) в свернутом состоянии; б) в развернутом;
на фиг. 3 - рисунок, поясняющий процесс реализации способа;
на фиг. 4 - отраженные сигналы на индикаторе РЛС.
Реализуют данный способ следующим образом.
Предварительно на объект 1 (см. фиг. 1): судно, подводная лодка, летательный аппарат (самолет, вертолет, беспилотник и т.д.), запланированный для пересечения водной поверхности (море, океан и т.п.), устанавливают N≥1 контейнеров 2 (см. фиг. 2а) в выбранных, с учетом конструктивных ограничений, местах 3 объекта 1 (фиг. 1).
Контейнеры 2 установлены с возможностью их автоматической отстыковки от корпуса объекта 1 с использованием, например, датчиков давления, вырабатывающих управляющий сигнал на исполнительный механизм отстыковки (на фиг. 1 не показан) контейнера 2. Контейнер 2, попав в водную среду, освобождает установленный в нем отражатель 4 ЭМВ. Для этого контейнер 2 можно выполнить в виде тубуса, который в воде размокает, тем самым освобождая свернутый отражатель 4 ЭМВ.
В каждом контейнере 2 устанавливают в свернутом состоянии отражатель 4 ЭМВ, выполненный с положительной плавучестью.
При пересечении водной поверхности, объект 1, например самолет (см фиг. 3) может, в результате технической неисправности, погрузиться в водную среду 15. От корпуса объекта 1 при его попадании в воду автоматически отстыковываются контейнеры 2. В водной среде 15 каждый контейнер 2 освобождает отражатель 4 ЭМВ, который саморазворачивается и всплывает на водную поверхность 14 (фиг. 3), принимая форму прямоугольника (квадрата или другой фигуры) с размерами А×В (фиг. 2).
Отражатель 4 ЭМВ выполнен в виде сетчатой структуры с ячейками Δ, в узлах которой закреплены металлизированные элементы 5 (см. фиг. 2б) с положительной плавучестью. Элементы 5 выполняют в виде гранул из материала с плотностью, обеспечивающей их положительную плавучесть, с последующей их металлизацией.
Технология изготовления сверхлегких металлизированных гранул известна и описана, например, в патенте РФ №2413039 от 27.02.2011.
Для обеспечения саморазвертывания отражателя 4 ЭМВ в его сетчатой структуре (см. фиг. 2б) по периметру, вертикальной и горизонтальной осям симметрии устанавливают пружинистые нити 6, что обеспечивает сохранение формы отражателя 4 ЭМВ в развернутом состоянии даже при заметном волнении водной поверхности.
Остальная сетчатая структура отражателя 4 ЭМВ выполнена, например, из сверхпрочных полиэтиленовых или кевларовых нитей 7, с диаметром поперечно сечения в пределах (0,02-0,1) мм, которые могут быть также металлизированы, для увеличения отражательной способности. Размер Δ ячеек сетчатой структура выбирают из условия Δ≤(0,05-0,1)λ, где λ - длина рабочей волны РЛС 8 на борту поисково-летательного аппарата 9 (см. фиг. 3). При таких размерах ячеек отражательная способность сетчатой структуры близка к отражающей способности сплошной металлической пластины [2, с. 168-172].
С учетом того, что в 80% времени высота волны на поверхности морей и океанов не превышает 3,5 м [1, с. 323], эффективная площадь рассеяния отражателей 4 ЭМВ остается практически неизменной.
При потере контакта с объектом 1 или получения от него аварийного сигнала в район возможного погружения объекта 1 вылетает поисковый летательный аппарат (ПЛА) 9, оснащенный бортовой РЛС 8, с помощью которой осуществляют излучение сигнала и прием отраженного от водной поверхности сигнала.
При отсутствии в зоне облучаемой водной поверхности отражателя 4 ЭМВ на экране 11 РЛС 10 (см. фиг. 4) кроме зондирующего импульса 12 присутствует только шумовой фон флуктуирующих, отраженных от неровностей водной поверхности сигналов.
При попадании в зону облучения РЛС 8 отражателей 4 ЭМВ на экране 11 РЛС 8 на фоне флуктуирующих шумов возникают импульсы отраженных сигналов 13 от отражателей 4 ЭМВ, всплывших на водную поверхность 14.
На ПЛА 9 фиксируют координаты находящихся на водной поверхности отражателей 4 ЭМВ, которые совпадают с координатами пролетающего ПЛА 9 в момент появления на экране 11 РЛС 10 импульсов отраженных сигналов 13.
Затем в район обнаружения отражателей 4 ЭМВ направляют группировку технических средств для проведения поисково-спасательных работ.
Под действием ветра и/или поверхностных течений отражатели 4 ЭМВ могут переместиться от места их всплытия.
Поэтому в зависимости от времени, прошедшего от момента потери контакта с объектом 1 и до момента обнаружения всплывших отражателей 4 ЭМВ, необходимо радиус проведения поисково-спасательных работ увеличить. В любом случае общее время ориентировочного определения координат затонувшего объекта 1 будет существенно меньшим благодаря обнаружению всплывших отражателей 4 ЭМВ.
При выбранной для ПЛА 9 высоте Н полета необходимое значение эффективной площади рассеяния σ отражателя 4 ЭМВ рассчитывают из условия обеспечения устойчивости импульса отраженного сигнала 13 на экране 11 бортовой РЛС 10 по формуле (1) или экспериментальным путем. Методика экспериментального измерения σ известна и описана в работе [1, с. 359-374].
Таким образом, в заявленном способе благодаря новой совокупности существенных признаков обеспечивается быстрое нахождение относительно небольшой площади, в пределах которой находится объект, в водной среде 15 на донной поверхности 10 и затем его точное местонахождение устанавливают относительно небольшой группировкой сил и технических средств, что снижает временные и материальные затраты на определение координат объекта, находящегося под водой, т.е. достигается сформулированный технический результат при использовании заявленного технического решения.
Литература
1. Справочник по радиолокации. Под. ред. М. Сколника. Нью-Йорк. 1970. Т. 1. - М.: Сов. радио.
2. Антенны. Ч I, под ред. Муравьева Ю.К. - Л.: ВАС, 1963.
1. Способ поиска затонувших объектов, заключающийся в том, что с борта поискового летательного аппарата (ПЛА) излучают сигнал, принимают отраженный от водной поверхности сигнал и фиксируют его координаты, отличающийся тем, что излучают и принимают электромагнитный сигнал с помощью бортовой радиолокационной станции (РЛС) ПЛА, предварительно на объект, запланированный для пересечения водной поверхности, устанавливают N≥1 контейнеров, в каждом из которых уложен в свернутом состоянии отражатель электромагнитных волн (ЭМВ) с возможностью его автоматической отстыковки от объекта при погружении объекта в водную среду, причем отражатель ЭМВ с эффективной площадью рассеяния σ выполнен с положительной плавучестью, принимают бортовой РЛС отраженный от отражателя ЭМВ, всплывшего на водную поверхностью, сигнал и фиксируют координаты, указывающие на местонахождение объекта, находящегося под водой, причем при заданной высоте Н полета ПЛА эффективную площадь рассеяния σ отражателя ЭМВ выбирают из условия: σ=(4π)3H4(Рпрд/Рпрм)G2λ2, где Рпрд и Рпрм - соответственно мощность на выходе передатчика и мощность отраженного сигнала на входе приемника РЛС; G - коэффициент усиления приемо-передающей антенны РЛС; λ - длина рабочей волны РЛС.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отражатель ЭМВ выполнен в виде саморазворачивающейся сетчатой структуры, в узлах которой закреплены металлизированные элементы с положительной плавучестью.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что в качестве металлизированных элементов используют металлизированные гранулы из материала с плотностью, обеспечивающей их положительную плавучесть.
