Станции гидроакустической связи и опознавания
Станции гидроакустической связи и опознавания предназначены для осуществления телеграфной и телефонной гидроакустической связи и гидроакустического опознавания.
Специфика гидроакустической связи и опознавания определяется особенностями распространения гидроакустических сигналов в водной среде.
К числу основных особенностей распространения, влияющих на построение ГЛС связи и опознавания, относятся:
Малая скорость распространения акустических волн, которая составляет около 1500 м/с, т. е. в 200 000 раз меньше скорости распространения радиоволн. Этим определяются большие затраты времени на прохождение сигнала. Из-за малой скорости распространения звука в сигналах связи может возникнуть весьма значительный доплеровский сдвиг частот, вызванный перемещением объектов и искажающий первоначальный спектр сигнала, что приводит к значительным затруднениям при его приеме.
Частотная зависимость затухания звука с увеличением расстояния. При этом происходит так называемое «вырождение» высокочастотных составляющих спектра сигнала. Прямым следствием этого явления служит ограничение полосы частот сигналов, используемых в гидроакустической связи. В отдельных случаях. при наличии постоянной шумовой помехи уменьшение полосы пропускания желательно, так как при ее расширении ухудшается отношение сигнал/помеха.
Отсутствие в станциях гидроакустической связи возможности перестройки частоты. В результате совокупного действия всех частотно-зависимых факторов возникает необходимость работы на оптимальной частоте, когда при заданных параметрах станции связи и условиях приема сигналов (излучаемой мощности, коэффициенте концентрации антенны, полосе пропускания приемного тракта, коэффициенте распознавания, уровне шумовой помехи) обеспечивается получение нужной дальности действия.
В общем случае оптимальная частота для режима связи определяется выражением
fопт = 62/Д2/3, (6.5)
где Д — дальность действия ГАС, км.
Любое отклонение частоты от оптимальной требует для получения устойчивой связи на нужном расстоянии увеличения излучаемой мощности.
Поэтому, с одной стороны, необходимость работы на частотах, близких к оптимальной, с другой — невозможность использования существующих- акустических антенн в широкой полосе частот приводят к тому, что гидроакустические станции связи работают на строго фиксированных частотах. Это, в свою очередь, снижает невысокую скорость обмена информацией.
Наличие рефракции и отражения сигналов от поверхности и дна моря. Явление рефракции и отражение звуковых лучей от граничных поверхностей приводят к тому, что в точку приема сигнал поступает в виде нескольких рефрагированных и отраженных лучей, прошедших по различным траекториям. Возникает явление многолучевости распространения сигнала.
Многолучевость нарушает амплитудную и фазовую структуру сигнала, вызывает временные искажения в виде затягивания импульсов или разрушения их и нелинейные искажения, связанные с появлением в спектре сигнала новых гармонических составляющих.
Наиболее эффективным путем борьбы с этими искажениями считают уменьшение скорости передачи сигналов.
Все перечисленные и некоторые другие особенности распространения гидроакустических сигналов находят свое отражение в принципах построения аппаратуры гидроакустической связи и опознавания.
К примеру, в целях сужения полосы пропускания, необходимого для компенсации неравномерности пространственного затухания спектра сигнала и повышения помехоустойчивости аппаратуры, используется однополосный сигнал с подавлением несущей и одной боковой полосы частот. С этой же целью полоса модулирующих частот берется более узкой, чем при обычной связи, и ограничивается 300—3500 Гц.
Для компенсации неравномерности затухания используется сжатие динамического диапазона сигнала, сущность которого состоит в том, что ограничиваются по амплитуде мощные низкочастотные составляющие речевого спектра, несущие сравнительно небольшую информацию.
Рис. 6.38. Структурная схема ГАС связи
В телеграфном режиме обычно используется частотная модуляция сигнала: знаки телеграфной азбуки излучаются на одной частоте, а пауза между ними заполняется другой частотой, отличающейся от первой примерно на 800 Гц.
Структурная схема станции гидроакустической связи приведена на рис. 6.38. При работе на передачу в режиме телефонии сигнал, развиваемый микрофоном, усиливается микрофонным усилителем и поступает на двухсторонний ограничитель, который определяет динамический диапазон.
Полосовой фильтр ограничивает спектр частот модулирующего сигнала, подавляя несущую и нижние боковые частоты.
При телеграфной связи к модулятору вместо микрофонной цепи с помощью контактов реле подключается специальный генератор с частотой около 800 Гц, обеспечивающий заполнение этой частотой пауз между знаками телеграфной азбуки.
Сформированный таким образом сигнал усиливается в предоконечном и оконечном усилителях мощности и через коммутационное устройство подается на акустическую антенну и излучается в водную среду.
При приеме сигнал, принятый акустической антенной, через коммутационное устройство поступает на предварительный усилитель, где усиливается, и далее поступает на смеситель. На смесителе восстанавливается несущая частота. Затем сигнал детектируется, т. е. выделяется низкочастотная составляющая, несущая информацию, и усиливается выходным усилителем мощности. С усилителя мощности сигнал поступает на головные телефоны и динамик.
Система опознавания, используемая в ГАС связи и опознавания, предназначена для выявления принадлежности подводных объектов по принципу «свой», «чужой». Система включает в себя схему запросчика и схему ответчика.
Принцип опознавания заключается в том, что оператор при необходимости определить принадлежность цели нажатием специальной кнопки включает в работу схему запроса (рис. 6.39, о).
а) Запросчик .
б) Ответчик
Рис. 6.39. Структурные схемы запросчика и ответчика
При этом кодирующее устройство запроса (КУЗ) вырабатывает специальные кодовые сигналы, которыми в модуляторе модулируется напряжение несущей частоты.
Далее сигналы усиливаются по мощности и через коммутационное устройство и акустическую систему излучаются в водную среду. Если на объекте имеется аналогичная система опознавания, то включается в работу схема ответа (рис. 6.39,6), которая вырабатывает специальные кодированные сигналы ответа.
Сигналы ответа принимаются акустической антенной запросчика, усиливаются, расшифровываются декодирующим устройством ответа (ДУО)-и поступают на индикатор, что и позволяет оператору определить принадлежность объекта.
В схеме ответа процесс происходит в обратном порядке. Сигналы запроса принимаются акустической антенной, усиливаются, расшифровываются в декодирующем устройстве запроса (ДУЗ), в результате вырабатывается импульс запуска кодирующего устройства ответа (КУО), которое, в свою очередь, вырабатывает специальные кодированные сигналы ответа и далее аналогично схеме запроса.
Кодирование сигналов может быть осуществлено по различным его параметрам: по амплитуде, частоте, длительности и т. д. Коды сигналов могут периодически меняться в зависимости от обстановки.
Гидролокационные станции миноискания
ГЛС миноискания предназначены для обнаружения якорных и донных мин, минных банок и определения их координат. К особенностям ГЛС миноискания следует отнести:
Использование более Высоких рабочих частот по сравнению' с обычными ГЛС. Это необходимо в связи с тем, что мины имеют небольшие размеры и при использовании низких частот обнаружение их невозможно из-за явления дифракции.
Обнаружение производится в узком секторе, центр которого можно установить в пределах ±180° поворотом от курса корабля.
Регистрация сигналов ведется одновременно на несколько выходных устройств.
Эти особенности и определяют построение станции (рис. 6.43). В состав станции входят:
Рис. 6.43. Структурная схема ГЛС миноискания
Тракт излучения.
Тракт приема на электронные индикаторы.
Канал приема на регистратор сигналов.
Канал приема на слуховые индикаторы.
Рассмотрим ГАС миноискания с аналоговой обработкой.
Тракт излучения предназначен для формирования импульса излучения с определенными параметрами. Он включает кварцевый генератор, RC-генератор с элементами компенсации эффекта Доплера, преобразователь каскадов усиления мощности.
Высокая стабильность рабочей частоты и ее изменение в зависимости от скорости хода корабля для компенсации эффекта Доплера осуществляются двумя генераторами и преобразователем.
Один из генераторов (кварцевый) имеет кварцевую стабилизацию и вырабатывает напряжение, частота которого несколько превышает рабочую, другой (RC-генератор)—вырабатывает напряжение частотой, на порядок меньшей, с плавной регулировкой в зависимости от данных лага корабля. Напряжение обоих генераторов подается на преобразователь, в котором выделяется разностная частота, являющаяся рабочей частотой станции.
Далее напряжение рабочей частоты поступает на схему формирования импульсов, состоящую из мультивибратора и ключевого каскада.
Мультивибратор запускается импульсом синхронизации от электронного индикатора и формирует импульсы заданной длительности, воздействующие на ключевой каскад.
Ключевой каскад подключает на время, равное длительности импульса, выход генератора к усилителям мощности. Усилители мощности собраны по двухтактной схеме. Усиленные импульсы излучения поступают на акустическую антенну и излучаются в водную среду.
Формирование ХН при излучении и приеме осуществляется за счет конструкции акустической антенны, состоящей из параболического рефлектора и преобразователей, выполненных в виде мозаики и расположенных в фокальной плоскости рефлектора.
В результате отражения акустических волн от рефлектора дальнейшее распространение происходит в определенном телесном углу.
Тракт приема на электронные индикаторы включает предварительный многоканальный усилитель (ПМКУ), число каналов которого равно числу преобразователей, электронный коммутатор (ЭК), основной усилитель (ОУ), электронный индикатор.
В каждом канале предварительного усилителя сигнал усиливается и преобразуется в более высокую частоту, после дополнительного усиления сигнал поступает на полосовой фильтр, формирующий полосу пропускания усилительного тракта.
Затем происходит дальнейшее усиление сигнала, и с выходного каскада он поступает на ключ электронного коммутатора, который осуществляет поочередное подключение предварительных усилителей к основному усилителю.
Управление ключами осуществляется управляющим устройством, с помощью которого формируется строчная развертка для индикатора и вырабатываются необходимые импульсы синхронизации.
Основной усилитель включает в себя усилитель промежуточной частоты, детектор, схему подавления коммутационных шумов электронного коммутатора, видеоусилитель, а также схемы ВРУ и РРУ, т. е. производится обработка сигналов аналогично приемному тракту обнаружения ГЛС.
С выхода основного усилителя сигналы поступают на электроный индикатор. Электронный индикатор состоит из блоков строчной и кадровой развёртки, электростатической ЭЛТ, схемы электронного съема координат по курсовому углу и дистанции.
На экране индикатора вычерчиваются вертикальные светящиеся линии, число которых равно числу приемных пространственных каналов (рис. 6.9). Оператор определяет координаты цели, подводя метку электронного съема под отметку от цели.
Канал приема на регистратор сигналов предназначен для уточнения дистанции до цели и курсового угла на цель. Он включает акустическую антенну, предварительный усилитель, электронный коммутатор, усилитель, регистратор сигналов.
Сигнал, поступающий с акустической антенны, усиливается предварительными усилителями и поступает на электронный коммутатор. Электронный коммутатор (ЭК) подключает выходы предварительных усилителей к многоканальному усилителю регистратора сигналов, причем ЭК дает возможность оператору устанавливать продолжительность подключения или останавливаться на любом ряде характеристики направленности. Число каналов усилителя равно числу лепестков характеристики направленности в горизонтальной плоскости.
С ЭК сигнал поступает на схему временной регулировки усиления и далее на многоканальный усилитель, где осуществляется усиление, фильтрация и детектирование сигнала. С выхода детектора сигнал поступает на перьевой регистратор сигналов. Каждое из перьев соответствует своему каналу усилителя регистратора, т. е. своему пространственному каналу.
Регистратор, таким образом, позволяет определять курсовой угол по номеру пера, вычерчивающего отметку от цели, а дистанцию по отметке на рекордограмме, так как скорость перемещения каретки с перьями пропорциональна скорости звука в море, а ход каретки синхронизирован с пуском генератора.
Канал приема на слуховой индикатор служит для прослушивания и классификации гидроакустического контакта с целью.
В его состав входят те же устройства, что и в канале приема на регистратор сигналов; кроме самого регистратора, и еще звуковой усилитель. Прохождение сигнала аналогично описанному выше, но сигналы поступают на переключатель каналов звукового усилителя, минуя детектор.
В звуковом усилителе сигналы усиливаются, преобразуются в частоту звукового диапазона, фильтруются и поступают на громкоговоритель и телефоны. Для регулировки громкости в звуковом усилителе имеется аттенюатор.