Научная статья на тему 'Математические модели определения местоположения источника звука акустическим локатором'

Математические модели определения местоположения источника звука акустическим локатором Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
919
180
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АКУСТИЧЕСКИЙ ЛОКАТОР / ИСТОЧНИК ЗВУКА / ТОПОГРАФИЧЕСКАЯ КООРДИНАТА / ДИРЕКЦИОННЫЙ УГОЛ / ПЕЛЕНГ / ДАЛЬНОСТЬ / РАВНОСИГНАЛЬНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ / ACOUSTIC LOCATOR / THE SOURCE OF THE SOUND / THE TOPOGRAPHIC COORDINATE IS THE AZIMUTH ANGLE / BEARING / RANGE / RAVE SIGNAL DIRECTION

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Шмелёв Виктор Владимирович

Представлены модели, позволяющие получить топографические координаты источника звука при ведениизвуковой разведки акустическим локатором в различных направлениях.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

A MATHEMATICAL MODEL FOR DETERMINING THE LOCATION OF THE SOUND SOURCE ACOUSTIC LOCATOR

These models allows to obtain topographic coordinates of the sound source in the conduct of sound intelligence acoustic locator in different directions.

Текст научной работы на тему «Математические модели определения местоположения источника звука акустическим локатором»

ВОЕННО-СПЕЦИАЛЬНЫЕ НА УКИ

УДК 534.88

МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА ЗВУКА АКУСТИЧЕСКИМ

ЛОКАТОРОМ

Представлены модели, позволяющие получить топографические координаты источника звука при ведениизвуковой разведки акустическим локатором в различных направлениях.

Ключевые слова: акустический локатор, источник звука, топографическая координата, дирекционный угол, пеленг, дальность, равносигнальное направление.

Местоположение источника звука (ИЗ) определяется его топографическими координатами (ТК) хц и уц. Эти ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в северном, северо-восточном и восточном направлениях (рис.1) определяются по аналитическим выражениям (АВ)

где х п ,у п - ТК точки пересечения средин 1-й и 2-й линейных групп (ЛГ) звукоприёмников (ЗП) акустического локатора(АЛ), определяемые его навигационной системой, м; Б - дальность до ИЗ (расстояние между точкой пересечения средин 1-й и 2-й ЛГ ЗП АЛ и ИЗ), определяемая с помощью математической модели (ММ) АЛ, приведенной в [1,2] и рассчитываемая-

электронной вычислительной машиной (ЭВМ) АЛ, м; аиз = арсн + а - дирекционный угол (ДУ) направления: точка пересечения средин 1-й и 2-й ЛГ ЗП - ИЗ, рассчитываемый ЭВМ АЛ по данной формуле, рад;

В.В. Шмелев

(1) (2)

Уц = Уп + 08Ш(ХИз

из'

арсн = аБ _ V2 - ДУ равносигнального направления, рассчитываемый ЭВМ

АЛ по данной формуле, рад; а — пеленг ИЗ, определяемый АЛ с помощью ММ, приведенной в [1,3] и рассчитываемый ЭВМ АЛ, рад;

аБ = (а1,2о + а40,21)/ 2 — ду биссектрисы острого угла при вершине равнобедренного треугольника: точка пересечения средин 1-й и 2-й ЛГ ЗП, ЗП 21,

ЗП 20 (рис.1), рассчитываемый ЭВМ АЛ, рад; а1,20,а 40,21 - ДУ направлений с 1-го на 20-й ЗП и с 40-го ЗП на 21-й ЗП соответственно, измеряемые, например, артиллерийской перископической буссолью или артиллерийским гирокомпасом, и вводимые в ЭВМ, рад.

Рис.1. Схема взаимного расположения акустического локатора и источника звука при ведении звуковой разведки в северном, северо-восточном и восточном направлениях.

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в северном, северо-западном и западном направлениях (рис. 2) определяются так:

X ц = X п + БсобРь (3)

Уц = уп — Бв1пв1, (4)

где в1 = 2п — арсн — а; арсн = аБ + 3 л/2.

Рис. 2. Схема взаимного расположения акустического локатора и источника звука при ведении звуковой разведки в северном, северо-западном и западном направлениях

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в западном, юго-западном и южном направлениях (рис. 3) определяются по таким АВ:

х ц = х п — БсобР 2; (5)

Уц = Уп — Об1пР2, (6)

где в 2 = а + арсн — п; ар№ = аБ — п/2.

Рис. 3. Схема взаимного расположения акустического локатора и источника звука при ведении звуковой разведки в западном, юго-западном и южном направлениях

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в восточном, юго-восточном и южном направлениях (см. рис. 4) определяются по

хц = хп - Бообвз; (7)

Уц = Уп + Обш вз, (8)

где р3 = п -(арсн + а); арсн = аБ - V2.

Представленные АВ 1 - АВ 8 и есть ММ определения местоположения ИЗ АЛ, которые позволяют рассчитывать их прямоугольные ТК.

Произведём расчёт ТК для всех 4 направлений ведения звуковой разведки.

Пример 1 (см. рис. 1). Рассчитать прямоугольные ТК ИЗ при следующих исходных данных: а1,20= 2, 356 рад (1350); а = 0,01 рад; Б = 12240 м; хп= 9700 м; уп= 10500 м.

Рис. 4. Схема взаимного расположения акустического локатора и источника звука при ведении звуковой разведки в южном, юго-восточном и восточном направлениях

Текст программы автоматического расчёта прямоугольных ТК в системе МаШсаё следующий:

а1.20 + а 40.21

Кт^^ а40.21,D, а Хп, Уп, 2) :=

а Б —

2

а

рсн

— а б —

р

а из — а рсн

2 + а,

хп + D • сов(аиз) if 2 = 1, уп + D • sin(аиз) if 2 = 2,

Х

ц

Кт (а1.20, а40.21, D, а Хп, Уп, 1);

Уц := Кт (а1.20, а40.21, D, а, -п, Уп ,2). Результат расчёта: Хц = 18440 м; уц= 19069 м.

Пример 2 (см. рис. 2). Рассчитать прямоугольные ТК ИЗ при следующих исходных данных: а1 20= 0,785 рад (450); остальные данные см. в

примере 1. Текст программы автоматического расчёта прямоугольных ТК ИЗ в системе МаШсаё для этого примера следующий:

а1.20 + а 40.21

Кт (а1.20, а40.21, D, а, -п, Уп, 2) :=

а б —

2

а

— а б +

а,

рсн „ 2

Р1 — 2 р —а рсн хп + D • COS(Pl) if 2 = 1, Уп + D • sin(Pl) * 2 = 2,

Хт

^ц •- Кт (а1.20, а40.21, D, a, Хп, Уп, 1),

Уц := Кт (а1.20, а40.21, D, a, Хп, Уп, 2). Результат расчёта: хц = 18269 м; уц= 1760 м.

Пример 3 (см. рис. 3). Рассчитать прямоугольные ТК ИЗ, при следующих исходных данных: а1 20= 5,498 рад (3150); остальные данные см.

в примере 1 .Текст программы автоматического расчёта прямоугольных ТК ИЗ в системе МаШсаё для этого примера следующий:

а1.20 + а 40.21

Кт (а1.20, а40.21, D, a, Хп, Уп, 2) :=

а б —

2

а

рсн

— а б +

р

2

Р2 — а рсн + а —р, хп + D • COS(P2) if 2 = 1, Уп + D • sin(P2) * 2 = 2,

Хц := кт («1.20, а40.21, А а, Хп, Уп, 1),

Уц := Кт («1.20, «40.21, А а, Хп, Уп ,2). Результат расчёта: хц = 960 м; уц= 1931 м.

Пример 4 (см. рис. 4). Рассчитать прямоугольные ТК ИЗ при следующих исходных данных: а120= 3,927 рад (2250); остальные данные см. в

примере 1. Текст программы автоматического расчёта прямоугольных ТК ИЗ в системе МаШсаё для этого примера следующий:

Кт (а1.20, а40.21, А а, Хп, Уп, г):=

а б —

а1.20 +а 40.21 2

а

— а б +

р

рсн и 2

Ь3 — р- (а рсн +а), хп + Э • соб(Ь3 ) {{ г = 1, Уп + Э • яп^) г = 2,

Хц := Кт (а1.20, а40.21, А а, Хп, Уп, 1), Уц := Кт (а1.20, а40.21, А а, Хп, Уп ,2).

Результат расчёта: хц = 1131 м; уц= 19240 м.

Так как перископические артиллерийские буссоли и артиллерийские гирокомпасы, указанные выше, измеряют ДУ в делениях угломераи имеют следующую цену деления: 1 малое деление угломера (мду) равно 2 р/6000 рад, то для перевода значений вышеуказанных угловв радианы и наоборот необходимо использовать соответствующие формулы, которые приведены ниже.

Алгоритм определения местоположения ИЗ АЛ применительно к рис. 1 может быть следующим.

В точке предполагаемого пересечения средин 1-й ЛГ ЗП (1-й - 20-й ЗП) и 2 ЛГ ЗП (21-й - 40-й ЗП) устанавливается, например, перископическая артиллерийская буссоль ПАБ-2АМ и производится подготовка её к работе.

2.Оптическая ось буссоли наводится на примерный центр района особого внимания (района наиболее вероятного расположения огневых позиций артиллерии вероятного противника), измеряется ДУ этого направления арсн , мду, который водится в ЭВМ АЛ, где это значение преобразуется в радианы по такому АВ:

а

= арсн, рад = (я/3000) арсн, мду

рсн ^рсн

3. Оптическая ось буссоли поворачивается по направлению вращения часовой стрелки на угол 15-00, т.е. на угол 900, отсчитывается ДУ вышеуказанной биссектрисы аБ, мду, которыйводится в ЭВМ АЛ, последня-япреобразует значение этого угла в радианы по такому АВ:

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

аБ = аБ, рад = (я/3000) аБ, мду.

4. ЭВМ по специальным программам, приведенным в [1, 3], рассчитывает расстояния между рабочими осями соседних ЗП в 1 ЛГ ЗП и 2 ЛГ ЗП^, м, половину длин 1 ЛГ ЗП и 2 ЛГ ЗПЬ/2, уголсмещения рабочих осей характеристик направленности 1 и 2 ЛГ ЗП относительно равносигнально-го направления АЛ ©С, рад , его половину ©С/2,рад, преобразует значения этих углов в мду по таким АВ:

©с , мду = (3000/ п) ©с , рад; ©с/2, мду = (1500/п) ©с , рад.

5. Оптическую ось буссоли доворачивают по направлению вращения часовой стрелки на угол ©С/2,мду, снимают отсчёт ДУ а120, мду , и

устанавливают на расстоянии Ь/2от буссолив точку, где будет стоять 20 ЗП (см. рис 1), веху.

6. ЭВМ преобразует значение ДУа120, мду ,в значение а120, рад, по такому АВ:

а1,20 = а1,20, рад = (я/3000) а^0, мду.

7. Оптическую ось буссоли доворачивают по направлению вращения часовой стрелки на угол 30-00, т.е. на угол 1800, и устанавливают на расстоянии Ь/2 от буссоли, в точку, где будет стоять 1 ЗП, веху.

8. Оптическую ось буссоли поворачивают по направлению обратному вращению часовой стрелки на угол 2 ©с , мду, и устанавливают на расстоянии Ь/2от буссоли, в точку, где будет стоять 40 ЗП (см. рис.1), веху.

9. Оптическую ось буссоли поворачивают по направлению, обратному вращению часовой стрелки на угол 30-00,т. е. на 1800,и устанавливают на расстоянии Ь/2от буссоли, в точку, где будет стоять 21 ЗП (см.рис.1), веху.

10. На буссоли снимают значение ДУ а40,21,мду , вводят его в ЭВМ АЛ, которая преобразует его в радианы по такому АВ:

а 40,21 = а 40,21, рад = (л/3000) а 40,21, мду.

11. Между соответствующими вехами натягивают верёвочки (см. рис. 1), устанавливают вдоль них на расстояниях d друг от друга все 40 ЗП.

12. В процессе ведения звуковой разведки ЭВМ АЛ по программам, приведенным в [1], автоматически рассчитывает значения пеленга ИЗ а, рад, и дальность до него Б, м.

13. ЭВМ АЛ по программе, приведенной в примере 1, рассчитывает прямоугольные ТК ИЗ.

Указанный алгоритм может быть применёни для других направлений разведки, но необходимо использовать соответствующие программы, приведенные в примерах 2 - 4.

Полученные ММ определения топографических координат ИЗ (см. АВ (1) - (8)) совместно с приведенным алгоритмом определения местоположения ИЗ позволяют получить ТК ИЗ, которые используются для подготовки исходных данных для стрельбы артиллерии и пуска ракет в бою.

Список литературы

1. Пат. 2374665 Российская Федерация, МПК G01S 15/02. Акустический локатор / В.В. Шмелёв; заявитель и патентообладатель Тульский АИИ. № 2008122513/28; заявл. 06.06.2008; опубл. 27.11.2009, Бюл. № 33.

2.Пат.2276383 Российская Федерация, МПК G01S 3/80, 3/803, 5/20. Способопределения дальности до источника звука / В.В. Шмелёв; заявитель и патентообладатель Тульский ГУ. № 2004103752/09; заявл. 09.02.2004 ;опубл. 10.05.2006, Бюл. № 13. 24 с.:

3.Пат. 2323449 Российская Федерация, МПК G01S 3/80, 3/803, 5/20. Способ определения пеленга источника звука. / В.В. Шмелёв; заявитель и патентообладатель Тульский ГУ. № 2006138753/09; заявл. 02.11.2006; опубл. 27.04.2008, Бюл. № 12. 24 с.

Шмелёв Виктор Владимирович, канд. техн. наук, доц., v v shmelevaramdler.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет

A MATHEMATICAL MODEL FOR DETERMINING THE LOCATION OF THE SOUND

SOURCE ACOUSTIC LOCATOR

V. V. Shmelev

These models allows to obtain topographic coordinates of the sound source in the conduct of sound intelligence acoustic locator in different directions.

Key words: acoustic locator, the source of the sound, the topographic coordinate is the azimuth angle, bearing, range, rave signal direction.

Shmelev Viktor Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, v v shmeleva ramdler.ru, Russia, Tula, Tula State University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.