1.4. Способы обзора гидроакустического локатора
В системах гидроакустической локации существует несколько способов обзора акватории вокруг промыслового судна, к ним относятся:
• Шаговый обзор;
• Cекторно-шаговый обзор;
• Одновременный круговой обзор.
Подробно описаны перечисленные методы в работе [4]: «Гидролокатор шагового обзора осуществляет обзор акватории дискретным (шаговым) перемещением одной относительно узкой диаграммы направленности (ДН) в горизонтальной плоскости при помощи электромеханического разворота акустической системы (АС) в заданном секторе. Часто гидролокаторы этого типа по аналогии с лучом прожектора называют прожекторными, или однолучевыми. Как правило, в гидролокаторах шагового обзора имеются режимы автоматического и ручного разворота (АС) в горизонтальной и вертикальной плоскостях обзора. Направление на цель определяется обычно методом максимального сигнала по ориентации (АС) в зону максимального уровня эхосигнала. Упрощенная структурная схема гидролокатора шагового обзора приведена на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Структурная схема ГА локатора шагового обзора
Акустическая система в традиционных гидролокаторах выполняет две разнородные функции: преобразование энергии электрической в акустическую или обратно и формирование направленного излучения или приема сигналов. Поворотно-выдвижное устройство (ПВУ) по сигналам от блока управления (БУ) разворачивает (АС) в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Коммутатор приёма-передачи (КПП) выполняет функции переключения режимов излучения и приема. (ГУ) вырабатывает мощные электрические импульсы определенной формы и длительности для подачи их на (АС) в режиме излучения. Усилитель усиливает и обрабатывает принятые (АС) эхосигналы от цели для подачи их на (ПВИ), которые в конечном итоге представляют оператору полученные данные о цели в форме, удобной для их анализа и принятия решения. (БУ) синхронизирует и управляет всей работой гидролокатора.
Гидролокаторы шагового обзора имеют одну (ДН) и обеспечивают за один цикл излучение - прием обзор акватории в телесном угле, определяемом шириной (ДН). Основными недостатками таких гидролокаторов является малая скорость обзора, особенно при работе на больших дистанциях, и наличие значительных непросмотренных участков при движении поискового судна с повышенной скоростью, а также отсутствие возможности одновременного наблюдения за несколькими целями без применения специальных средств обработки сигналов.
Рисунок 1.4 - Структурная схема ГА локатора секторно-шагового обзора
Гидролокатор секторно-шагового обзора позволяет одновременно обследовать акваторию в определенном секторе с помощью быстро сканирующей узкой ДН в приеме или излучении, осуществляемых электронными схемами, при неподвижной АС, а также дополнительно производить обследование более крупного заданного сектора в пределах углов ±180° путем электромеханического разворота АС. Наклон антенны в вертикальной плоскости производится чаще всего электромеханическим способом.
Упрощенная структурная схема одной из разновидностей секторно- шагового гидролокатора представлена на рисунке 1.4. В состав схемы, помимо известных блоков из гидролокатора шагового обзора, входят дополнительные блоки.
Необходимая длительность импульсов посылки τ вырабатывается формирователем при поступлении сигналов запуска от ПВИ (самописца или электронного индикатора) через БУ. Формирование ДН в излучении осуществляется с помощью фазосдвигающих цепей (ФСЦ). Высокочастотные сигналы коммутируются с помощью ключей коммутатора излучения (КИ). управляемых распределителем, и поступают на вход усилителей мощности (УМ). Выходы УМ через КПП подключаются к соответствующим элементам АС. Принимаемый АС эхосигнал через КПП поступает на входы предварительных усилителей (ПУ). Усиленные сигналы с ПУ подаются на линии задержки (ЛЗ) таких же типов, как и в генераторном тракте, с помощью которых осуществляется разделение каналов приема. С выходов ЛЗ сигналы поступают на основные усилители (ОУ), в которых происходит преобразование и усиление сигналов для обеспечения работы ПВИ, а затем через коммутатор приема (КП) сигналы подаются на ПВИ. Пеленг или курсовой угол определяются по номеру канала, в котором обнаружен эхосигнал, а дистанция - по шкале дальности.
Гидролокатор одновременного кругового обзора осуществляет одновременное обследование всей акватории в пределах 360° без пропусков обычно при помощи цилиндрической АС. Он позволяет получить наименьшее время обзора и визуализирует, например, картину промысловой обстановки вокруг судна. Известные в настоящее время варианты построения гидролокаторов одновременного кругового обзора можно разделить по способу решения ими двух основных задач.
Первая задача предусматривает быстрое облучение окружающей акватории: вторая - быстрый обзор облученной акватории таким образом, чтобы отсутствовала возможность пропуска эхосигналов с какого-либо направления за один цикл.
Для реализации одновременного облучения необходима большая энергетическая мощность, а для быстрого просмотра окружающей акватории в секторе 360° без пропусков необходимо использовать веер статических приёмных ДН или быстрое сканирование (внутриимпульсное) одной приемной ДН со скоростью, обеспечивающей круговой обзор без пропусков. Для этого ДН должна осуществлять один полный оборот за время, которое меньше минимально возможной длительности эхосигнала с любого направления (tск<τ). Вращение ДН осуществляется с помощью электронного коммутатора с частотой сканирования, равной fск = 1/tск. Синхронно с вращением ДН в реальном масштабе времени производится и развертка на электронном индикаторе кротового обзора. Эхосигнал с каждого направления состоит из "выборок", получающихся за счет быстрого сканирования приемной ДН.
Рисунок 1.5 - Структурная схема ГА локатора одновременного кругового обзора
Способ приема с помощью веера приемных статистических ДН предусматривает наличие в составе гидролокатора ЛЗ, каждая из которых формирует ДН. Соседние ДН. пересекаясь на уровне 0.7 (минус 3 дБ) по звуковом давлению, одновременно перекрывают сектор 360°. Для отображения обстановки на индикаторе кругового обзора в этом случае необходим электронный коммутатор, который должен подключать выход каждой статической ДН к электронном индикатору. Достижения микроэлектроники позволили реализовать наклон ДН в вертикальной плоскости электронным способом в пределах определенных углов. Данный метод ведет к значительному увеличению количества каналов АС и станции в целом, т. е. N = m·n.,где m - количество каналов, необходимых для обзора в горизонтальной плоскости, n - количество поясов АС, обеспечивающих наклон ДН в вертикальной плоскости в пределах требуемого угла.
Структурная схема одного из вариантов ГА локатора с одновременным круговым обзором приведена выше на рисунке 1.5. КП опрашивает каналы ПУ за время, равное длительности импульса посылки. Число каналов, опрашиваемых одновременно, зависит от выбора ширины ДН. В КП имеются ЛЗ, которые служат для компенсации сдвигов фаз. обусловленных кривизной дуги, образованной элементами цилиндрической АС, участвующими в формировании ДН. После КП сигналы усиливаются ОУ и поступают на индикатор кругового обзора (ИКО). В приведенном примере излучение акустической энергии - ненаправленное, наклон ДН отсутствует».