CC BY
130
Статью рекомендовали к опубликованию: д.т.н. ИТ. Проценко, д.т.н. . . .
Дегтярев Владимир Павлович
Закрытое акционерное общество «Научно-производственное предприятие ”Нелакс”. E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.
Тел.: +79526070101.
.
Degtyarev Vladimir Pavlovich
Stock company «Scientific-manufacturing enterprise «Nolacs».
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovsky, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: +79526070101.
Expert.
УДК 621.372.54
А.И. Демидов, Р.Ш. Комочков, С.С. Мосолов, А.В. Скнаря, С. А. Тощова,
..
ШИРОКОПОЛОСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОТЕЧЕСТВЕННОЙ
:
РЕАЛИЗАЦИИ
В настоящее время все более очевидной становится необходимость внедрения в гидролокацию широкополосных технологий. Однако на этом пути есть ряд проблем. В докладе рассмотрены вопросы практической реализации широкополосной технологии в отече-
, « ». -веденных испытаний разработанного и созданного в ОАО «НИИП» макета гидролокатора, использующего широкополосные зондирующие сигналы, позволяют с уверенностью говорить о разработке в самое ближайшее время различных типов отечественных гидролокаторов с широкополосными зондирующими сигналами. По сравнению с ныне существующими гидролокаторами они будут иметь существенно лучшие технические характеристики такие как разрешающая способность, дальность действия, помехоустойчивость.
, ,
.
A.I. Demidov, R.S. Komochkov, S.S. Mosolov, S.A. Toshova, A.V. Sknarya,
E.V. Tutynin
SOME QUESTION OF THE PRACTICAL REALIZATION OF A WIDE BAND TECHNOLOGY IN THE NATIVE SONAR
In the real time necessity of the introduction a wide band technology in the sonar will be more obviously. But in this way is next some problems. In the report will be consider a questions of the of the practical realization of a wide band technology in the native sonar on the example of the works, which are making in company «NIIP». Results of the spent tests of the breadboard model of the hydrolocator using broadband probing signals developed and created in company «NIIP», allow to speak with confidence about working out in the nearest future various types of domestic hydrolocators with broadband probing signals. In comparison with nowadays existing hydrolocators they will have essentially best technical characteristics such as resolution, range of action, a noise stability.
Broadband Technologies; side-scan sonar; broadband complex signals.
Бурное развитие нашей цивилизации, наблюдаемое в последнее время, помимо положительных имеет и негативные аспекты. К последним в первую очередь следует отнести пагубное влияние на окружающую среду - будь то суша, водное пространство или атмосфера Земли. Человечество в процессе своей жизнедеятельности все больше и больше начинает истощать запасы недр Земли, вклинивается в глобальные процессы, происходящие как в ее недрах, так и на поверхности, и часто совсем не задумываясь о последствиях. И как результат этого - целая серия катастроф, происшедших в последние годы на нашей планете.
Водное пространство Земли играет очень важную роль в жизни нашей планеты, а значит, и в жизни человечества. Поэтому исследование процессов, происходящих в недрах морей и океанов, влияние на них жизнедеятельности человечества являются архиважными.
Гидроакустические системы (ГАС) являются основным техническим средст-
,
, .
глубина наших познаний в происходящих процессах.
К основным техническим характеристикам ГАС в первую очередь следует отнести разрешающую способность и дальность действия, при этом можно кон, -.
В настоящее время становится очевидным тот факт, что применяемые в подавляющем большинстве ГАС узкополосные зондирующие сигналы не позволяют достичь тех технических характеристик, которые соответствовали бы уровню решаемых задач на современном этапе. Это в равной степени относится к самым
,
, , .
Так в гидролокаторах бокового обзора (ГБО) извечной является проблема одновременного достижения высокого разрешения по дальности и большой поло. , -лосные зондирующие сигналы приводят к такой ситуации, что для достижения
200
( ). , - -
стических колебаний с частотой полоса обзора составляет в лучшем случае первые десятки - сотни метров [1].
Использование же для увеличения дальности действия ГАС более низких частот приводит к ухудшению разрешающей способности.
, -, , действия локатора [2]. Так применение сложных зондирующих сигналов в ГБО
2-3
сигналом [3]. Однако коренного решения проблемы увеличения полосы обзора с одновременным достижением высокого разрешения по дальности применение узкополосных сложных зондирующих сигналов не дает.
Выход из создавшегося положения в современных ГБО найден в использова-
, , 100
500 .
GeoAcoustics Kongsberg Company «2094 Digital» и ОАО «НИИП» - «Неман ДГБО 100/500».
Аналогичные проблемы достижения высокого разрешения и большой дальности действия существуют и для ГАС, предназначенных для обзора толщи воды
при решении задачи обнаружения объектов, будь-то отдельные рыбы или их скопления, подводные пловцы и т.д.
Существенно большие ограничения за счет применения узкополосных зондирующих сигналов имеются в системах гидроакустической связи. И связано это в первую очередь со скоростью передачи данных. Уже сейчас по ряду направлений исследований мирового океана и шельфа прибрежных морей гидроакустические каналы связи являются узким местом, примером чему могут служить автономные необитаемые аппараты (АНПА). Именно использование данных аппаратов на сегодня считается самым перспективным направлением при проведении самых разных исследований в океанах и морях. АНПА, на борту которых размещены различные ГАС - это ГБО, профилограф и т.д., являются универсальным и очень удобным средством проведения подобных исследований, однако получаемые с их помощью данные не могут быть доступны в реальном времени, что для решения целого ряда задач является недопустимым.
Здесь следует также отметить, что недостаточные скорости передачи данных не позволяют создать на современном этапе и высокоэффективную сеть обмена данными между несколькими акустическими датчиками.
Также следует упомянуть и еще одну характеристику ГАС, а именно, поме, -
.
. -
ных узкополосных зондирующих сигналов, как показывает практика, также решает эту задачу лишь частично.
Необходимость разработки и внедрения широкополосных технологий также диктуется и необходимостью обеспечения при решении ряда задач скрытной работы активных ГАС.
И в заключение хотелось бы остановиться еще на одном аспекте, относящимся к вопросам идентификации объектов. Использование сверхширокополосных сигналов в этом случае может дать по крайней мере еще один дополнительный , , -лучена «акустическая палитра».
Все вышесказанное говорит о необходимости внедрения в ГАС широкополосных сложных сигналов, что требует решения нескольких задач. Это формирование сложного широкополосного сигнала, его излучение, прием и обработка.
Из перечисленных выше задач самой актуальной в настоящее время является разработка широкополосного излучающего тракта, а если конкретнее - разработка широкополосной излучающей антенны. И связано это с тем, что почти за столетнюю историю гидролокации именно антенна практически не изменилась, чего нельзя сказать о приемоизлучающем тракте гидролокатора и обработки сигналов. Так же как ранее современные излучающие антенны имеют полосу пропускания порядка (10-15) % [1].
Как показали исследования, проведенные совместно ОАО «НИИП» и ИРЭ им. В А. Котельникова РАН, в процессе выполнения внутренних НИР применение широкополосных сложных сигналов позволяет решить отмеченные выше проблемы и вывести гидролокацию на совершенно иной, новый уровень [4], [5].
В ОАО «НИИП» в рамках реализации внутренней программы по разработке отечественных гидролокаторов нового поколения в 2010 г. был разработан и создан макет гидролокатора, в котором все перечисленные выше задачи нашли свое .
использован любой сложный широкополосный сигнал, формируемый универсальным формирователем зондирующего сигнала. Приемный тракт гидролокатора
представляет собой широкополосный адаптивный приемный тракт, полоса которого может быть перестроена в процессе работы в широких пределах. Излучающий тракт гидролокатора был адаптирован под полосу сигнала от 70 до 120 кГц.
В октябре 2010 г. гидролокатор успешно прошел первый этап натурных испытаний на полигоне ОАО «НИИП» на Москве-реке. Цель данных испытаний заключалась в оценке правильности формирования, излучения, приема и обработки сложных широкополосных сигналов, в качестве которых были выбраны традиционно используемый в гидролокаторах ОАО «НИИП» сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-сигнал), а также дискретно-кодированные сигналы.
Для достижения данной цели предварительно было проведено моделирование в системе Матлаб обработки узкополосного ЛЧМ-сигнала с девиацией частоты 12 кГц длительностью 10 мс и широкополосного ЛЧМ-сигнала с девиацией частоты 50 кГ ц той же длительности. На рис. 1 приведены полученные при этом сечения двумерной корреляционной функции ЛЧМ-сигнала по дальности: в верхней части рисунка - для ЛЧМ-сигнала с девиацией частоты 12 кГ ц, в нижней части рисунка - для ЛЧМ-сигнала с девиацией частоты 50 кГ ц.
1
о.а 0 6 0 4
0.2.
А:... .,
6500 6600 67® SB®. 6900 Ш8 7100 ':72® 7300 7400 7§Ю
1
О i °1 0 4 0 2
0
6500 6600 67® ЦЙ ВЭОО :\7®0 ?,100 ggg 7300 7400 7500
Рис. 1. Сечения двумерной функции корреляции по дальности для ЛЧМ-сигналов, рассчитанные в Матлабе. Верхняя часть рисунка соответствует узкополосному ЛЧМ-сигналу с девиацией частоты 12 кГц, нижняя часть рисунка -широкополосному ЛЧМ-сигналу с девиацией частоты 50 кГц
В ходе эксперимента излучаемый ЛЧМ-сигнал принимался широкополосным , -чающей антенны (вплоть до 150 метров). Эхосигнал с выхода гидрофона поступал по кабелю на приемный тракт гидролокатора, где усиливался и далее обрабатывался.
В эксперименте с ЛЧМ-сигналом на каждой дальности в начале излучался - , - - .
. 2:
верхняя часть рис. 2 соответствует приходу зондирующего сигнала на гидрофон, слева от первого корреляционного пика - это шумы воды, а справа - реверберация.
о.я
о,в
200 4ро 600 то юоо азоо
200 400 600 Й00 1000 1200 ЙШ
Рис. 2. Распределение амплитуды эхосигнала по дальности для ЛЧМ-зондирующих
сигналов, полученные в натурном эксперименте. Верхняя часть рисунка соответствует узкополосному ЛЧМ-зондирующему сигналу с девиацией частоты 12 кГц, нижняя часть рисунка - широкополосному ЛЧМ-зондирующему сигналу с
девиацией 50 кГц
Аналогичные результаты были получены и для дискретно-кодированных сигналов.
Из анализа результатов, представленных на рис.1 и 2, можно сказать, что наличие корреляционных пиков на дальностях, соответствующих месту расположения приемного гидрофона, а также их обужение при увеличении базы сигналов, что полностью соответствует результатам моделирования, приведенным на рис. 1, говорит о том, что аппаратная часть макета гидролокатора, включающая формирование зондирующего сигнала, его излучение и прием, а также алгоритмы обработ-, .
В этом году, основываясь на результатах, полученных в ходе описанных , -ния целого ряда гидролокаторов, использующих сложные сверхширокополосные .
Заключение. Успешно проведенные испытания разработанного и созданного в ОАО «НИИП» макета гидролокатора, использующего широкополосные зонди, -жайшее время различных типов отечественных ГАС с широкополосными зонди.
По сравнению с ныне существующими гидролокаторами данные ГАС будут иметь существенно лучшие технические характеристики, такие как разрешающая , , .
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Евтютов А.П. и др. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение.1988.
2. Кук Ч., Бернфельд М. Радиолокациоиные сигналы. - М.: Советское радио. 1971.
3. Демидов AM. и др. Отечественные гидролокаторы со сложными сигналами производст-
. . . //
«Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». - СПб., 2010. - С. 152-154.
4. Залогин НМ., Колесов В.В., Скнаря А.В. Гидролокация с высоким разрешением // Доклады. Вып. Х1-1. 11-я Международная конференция и выставка «Цифровая обработка сигналов и ее применение», 25-27 марта 2009 г. - Москва. - Т. 1. - С. 260-263.
5. Залогин НМ., Скнаря А.В. Выбор зондирующего си гнала для гидролокатора» // ХШ Ме-
« , , ». - , 2002-2007.
- С. 2722-2730.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н. В.А. Воронин.
Демидов Алексей Игоревич
Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова.
E-mail: [email protected].
140180, г. Жуковский, Московская область, ул. Гагарина, 3.
Тел.:84955569968.
.
Комочков Роман Шявкятьевич .
Мосолов Сергей Сергеевич .
Сачкова Марина .
Скнаря Анатолий Васильевич
Начальник отдела гидроакустических систем; к.т.н.; с.н.с.
Тутынин Евгений Викторович .
Demidov Aleksey Igorevich
JSC V.V. Tikhomirov Scientific Research Institute of Instrument Design.
E-mail: [email protected].
3, Gagarina Street, Zhukovskiy, Moscow region, 140180, Russia.
Phone: +74955569968.
Engineer.
Komochkov Roman Shyavkyat’evich
Engineer.
Mosolov Sergey Sergeevich
Chief of sector.
Sachkova Mariya
Engineer.
Sknarya Anatoly Vasil’evich
Chief of a Department; Cand. of Eng. Sc.; Senior Scientist.
Tutynin Eugene Viktorovich
Chief of Laboratory.
