Тема: Модель тракта прослушивания гидроакустических сигналов
Оглавление
Введение
1 Место тракта прослушивания в структуре режима ШП типовой ГАС
2 Формирование канала наблюдения в частотной области
3 Факторы, влияющие на восстановление сигнала
3.1 Перекрытие входных выборок в тракте прослушивания
3.2 Сужение полосы частот восстановленного сигнала
3.3 Частотный сдвиг при понижении полосы частот прослушивания
4 Программный макет тракта прослушивания
4.1 Структурная схема алгоритма обработки в тракте прослушивания
4.2 Структурная схема программного макета тракта прослушивания
4.3 Расчет выходных эффектов тракта
5 Результаты расчетов
Приложение 1. Текст программы в Matlab
Заключение
Список литературы
К одной из важнейших научно-технических проблем современности можно отнести освоение водного пространства.
Освоение океана повлекло множество технических проблем. Одной из них являлась невозможность заглянуть в глубины океана, узнать особенности дна, наличие и особенности подводных обитателей. С появлением судов и устройств, способных пребывать под водой более или менее долго, возникла проблема передачи информации: связь с другими объектами, сканирование окружающего пространства и прочее.
Акустические (звуковые) волны, благодаря своей природе, свойствам водной среды, способны возбуждаться при сравнительно малых затратах энергии, и распространяться на большие расстояния, при некоторых условиях на тысячи и десятки тысячи километров.
С помощью гидроакустических средств (ГАС) производят картографирование дна морей и океанов, обнаруживают предметы (эхолоты и гидролокаторы бокового обзора), осуществляют водную связь (средства гидроакустической связи), обеспечивают безопасность плавания судов, измерение скорости хода и глубины под килем (средство судовождения), производят поиск скопления рыб, управление автономными подводными приборами, доставляющими информацию о состоянии подводной обстановки (средств телеметрии и телеуправления), обнаруживают и определяют координаты подводных объектов.
Процесс преобразования акустической энергии в электрическую (и наоборот) выполняют подводные электроакустические приёмники и излучатели, входящие в состав антенны, и называемые гидроакустическими преобразователями (ГАП).
Конструкцию антенны определяют, в основном, её назначение и местоположение. Так, антенны судовых гидроакустических систем можно размещать на корпусе судна, буксировать или опускать за борт; антенны стационарных гидроакустических станций устанавливают на фундаментальных опорах в прибрежных районах, у входов в порты, в районах рейдовых стоянок и т.п.
Техническими параметрами гидролокационных станций (ГАС) являются: рабочая частота (от единицы до десятков килогерц), излучаемая акустическая мощность (от сотен ватт до сотен киловатт), ширина диаграммы направленности антенны в режимах излучения и приема в главных плоскостях, форма и длительность излучаемых импульсов, уровень усиления приемного тракта, ширина полосы частот приемного тракта. Техническими параметрами ГАС, которые не излучают акустическую энергию и предназначены для обнаружения и определения пеленга (курсового угла) подводного объекта по производимому им шуму, в частности движущегося судна (пассивные средства ШПС), являются: полоса рабочих частот, ширина диаграммы направленности антенны, коэффициент усиления приемного тракта.
С начала развития подводного флота тракт прослушивания являлся неотъемлемым и единственным средством обнаружения и классификации сигналов. Первоначально этот тракт состоял из одиночных приемников, которые размещались с левого и правого борта, либо где-то в носу судна. Это были одиночные приемники и все сигналы, которые поступали на вход этих приемников, оператор имел возможность прослушать. И по разности прихода сигнала с разных гидрофонов оператор определял, с какого борта идет цель. Тракт прослушивания существует столько же, сколько существует и подводное плавание, так как есть необходимость прослушивать сигналы, обнаруживать, откуда они пришли, и определять, что это за цель, противник либо безопасный объект. Несмотря на наличие в современных ГАС режима объективной классификации, значение тракта прослушивания так же велико. Гидроакустики во время поиска объекта хотят иметь возможность самостоятельно прослушивать сигнал и чаще всего именно они и оценивают параметры цели.
Таким образом, во всех ТЗ на ГАС и ГАК обязательно присутствует требование о наличии тракта прослушивания сигналов и помех с любого направления в заданном секторе обзора ГАС.
К числу основных задач, решаемых гидроакустическими средствами подводных лодок (ПЛ) при освещении окружающей обстановки, относится освещение подводной, надводной и воздушной обстановки в интересах самообороны ПЛ. Для наблюдения за морскими целями ПЛ должна обладать мощным гидроакустическим комплексом, работающим преимущественно в пассивных режимах (шумопеленгование, обнаружение гидроакустических сигналов - ОГС).
При наблюдении за ПЛ ПЛО возникает дуэльная ситуация “ПЛ против ПЛ”, выигрыш в которой определяется соотношением комплекса параметров противоборствующих ПЛ и их гидроакустических комплексов (ГАК): акустическая шумность ПЛ, уровень корабельных акустических помех работе собственного ГАК, энергетический потенциал ГАК, совершенство цифрового вычислительного комплекса ГАК, в том числе алгоритмов и программного обеспечения.
В большинстве современных ГАС и ГАК цифровая обработка информации, принятой антенной решеткой, осуществляется в частотной области. Это, как будет показано в работе, приводит к необходимости уточнения алгоритма обработки в канала прослушивания и согласования параметров этого алгоритма и базовых параметров режима шумопеленгования.
Целью дипломного проектирования является разработка тракта прослушивания для ГАС обнаружения гидроакустических сигналов по их шумоизлучению в звуковом диапазоне частот. Тракт обнаружения проектируется для работы в трех частотных диапазонах, рассчитанных под обнаружение целей на различных дальностях, при этом необходимо обеспечить наилучшие условия для прослушивания сигнала цели для каждого из трех частотных диапазонов. Поскольку, как известно, человеческое ухо наилучшим образом воспринимает частоты в полосе от ~300 Гц до 3-4 кГц, возникает задача понижать частоту прослушивания, то есть нужно выделить (вырезать) требуемую частотную полосу и перенести ее (гетеродинировать) в область частот, наиболее комфортную для оператора.
В данной работе требуется:
- Разработать структуру тракта прослушивания гидроакустических сигналов на выходе сформированного пространственного канала (канала наблюдения) в тракте шумопеленгования с использованием многоэлементной антенной решетки;
- разработать программный макет тракта прослушивания;
- установить взаимосвязь основных параметров тракта прослушивания с базовыми параметрами тракта ШП;
- с использованием программного макета выбрать параметры тракта прослушивания применительно к заданным в ТЗ на проект условиям.
В качестве многоканального датчика гидроакустичекой информации выбрана линейная эквидистантная антенная решетка, состоящая из 30 приемных элементов с межэлементным расстоянием d=0.1 метра.
Сектор обзора - ±45° относительно нормали к антенной решетке.
Частота дискретизации входных выборок fd=24000 Гц.
Частотные диапазоны прослушивания: I – (1-2.5) кГц;
II – (2-5) кГц;
III – (4-8) кГц.
Полоса пропускания усилителя тракта прослушивания (0.3-4.5) кГц.
Обобщенная структурная схема ГАС шумопеленгования представлена на рисунке 1.
Рис.1 Структурная схема ГАС шумопеленгования аналогового типа
1 антенное устройство, содержащее несколько гидрофонов.
2 предварительный широкополосный усилитель.
3 устройство формирования характеристик направленности, технически выполняемое в виде линий задержки и сумматоров.
4 основные усилители и частотные фильтры
5 детекторы с интеграторами
6 пороговые устройства
7 устройство измерения угловых координат
8 устройство вторичной обработки информации
Непрерывные электрические сигналы от элементов АР поступают на вход аппаратуры предварительной обработки (АПО), основными функциональными узлами которой являются предварительные усилители (ПУ) и диапазонные фильтры (ДФ). С точки зрения системного построения ГАС, АПО разбивается на ряд отдельных трактов, при этом каждой антенной решетке или группе однородных антенных решеток соответствует свой тракт. В отдельных случаях в состав АПО включают устройства формирования характеристик направленности на базе аналоговых или дискретно-аналоговых линий задержки, то есть элементы, относящиеся к первичной обработке.
При аналоговом формировании канала наблюдения проблем с организацией по его выходу прослушивания не возникало, поскольку вся обработка выполнялась во временной области. Однако аналоговое формирование статического веера пространственных каналов, выполняемое на антеннах больших размеров в широком диапазоне углов, представляет собой довольно сложную техническую задачу. Поэтому, начиная с 70-х годов 20 века, в связи с бурным развитием цифровой техники обработка гидроакустической информации от многоэлементных АР ведется в цифровой области.
В этом случае дискретные по пространству (принятые дискретной АР) процессы с выхода АПО подвергаются дискретизации с помощью аналого-цифровых преобразователей (АЦП) и поступают на вход ЦВК, где реализуются алгоритмы первичной и вторичной цифровой обработки сигналов.
Страницы: 1, 2, 3, 4
