RU2352909C1 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления - Google Patents

Abstract

Группа изобретений относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к способам измерения вибрации корпуса надводного морского или воздушного судна, а также любого радиолокационно-контрастного объекта с помощью когерентно-импульсного радиолокационного дальномера. Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Сущность способа заключается в том, что сначала учитывают и уточняют гидрометеорологические и помеховые характеристики в районе измерения вибрации корпуса судна. После этого зондируют вибрирующий объект радиоимпульсами СВЧ-диапазона и принимают отраженные сигналы, промодулированные по фазе частотой вибрации корпуса судна с последующим определением локальных и интегральных характеристик вибрации, осуществляемых при помощи многопозиционного фиксирующего переключателя, который формирует фиксированные величины задержки строб-импульса. Дополнительно предложено устройство для осуществления способа. Наличие в устройстве многопозиционного фиксирующего переключателя позволяет изменять контролируемую площадь вибрирующей поверхности, увеличивать степень радиолокационной заметности, повышать точность измерения характеристик вибрации протяженного объекта. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Группа изобретений относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к способам измерения вибрации корпуса надводного морского или воздушного судна, а также любого радиолокационно-контрастного объекта с помощью когерентно-импульсного радиолокационного дальномера, и может быть использовано в радиолокации.

Актуальность разработки способа дистанционного определения характеристик вибрации обусловлена необходимостью совершенствования техники контроля за безаварийной эксплуатацией электромеханических устройств, размещенных в корпусе судна.

При обосновании влияния инфразвуковой вибрации корпуса морского судна на характеристики отраженного сигнала необходимо учитывать механизмы формирования колебаний корпуса, обусловленные собственной вибрацией узлов и механизмов судна под воздействием внешних возмущающих нагрузок.

Научный и практический интерес также представляет исследование причинно-следственных связей источников инфразвуковой вибрации корпуса надводных целей в различных режимах эксплуатации главного турбозубчатого агрегата и других механизмов с помощью радиолокационных средств в сочетании с современными возможностями вычислительной техники для обработки и анализа радиолокационных сигналов.

Известен способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности, позволяющий оценить закон движения вибрирующей поверхности по сигналу лазерного доплеровского виброметра (ЛДВ). Способ заключается в следующем. Фиксируются моменты положительного перехода через нуль выходного сигнала ЛДВ на временном интервале, соответствующем периоду вибрации. Затем производится изменение начальной фазы сигнала на малую величину и вновь фиксируются моменты положительного перехода через нуль сигнала ЛДВ на следующем периоде вибраций. Эта процедура производится на каждом последующем периоде вибраций до тех пор, пока дополнительно вносимый фазовый сдвиг не составит 2 периода. Затем производится пошаговый расчет значений вибрации поверхности в пределах каждого интервала между соседними пересечениями нулевого уровня. На границах интервалов результаты сшиваются с учетом непрерывности. (Патент №2101686 Российская Федерация, МПК 6 G01H 1/04. Способ измерения периодического закона движения вибрирующей поверхности / Захарченко В.Д.; заявитель и патентообладатель Волгоградский государственный университет. - №96100261; заявл. 05.01.1996; опубл. 10.01.1998).

Известный способ позволяет восстановить по точкам закон движения вибрирующей поверхности по выходному сигналу лазерного доплеровского виброметра.

Несмотря на относительную простоту и эффективность применения известный способ аналог имеет существенные недостатки:

1. Способ используется только в области измерительной техники.

2. Применение способа при обработке результатов измерений не предусматривает использование современных методов спектрального анализа сигналов.

3. Необходимость проведения пошагового расчета значений вибрирующей поверхности объекта не позволяет производить непрерывные измерения ее характеристик.

4. Наличие в окружающей среде мешающих отражений (пыль, дым, дождь, снег, туман) снижают, затрудняют и даже исключают возможность проведения измерений.

5. Необходимость изменения начальной фазы сигнала ЛДВ по ступенчатому закону.

6. Отсутствует возможность интегрированного измерения характеристик вибрации поверхности корпуса сложных и массогабаритных объектов.

Недостатки, присущие известному способу аналогу, в значительной мере устраняются другим более близким выбранным в качестве прототипа известным способом определения вибрации объекта, основанным на измерении частоты зондирующих вибрирующий объект электромагнитных колебаний при их варакторной перестройке частоты отраженным от объекта сигналом.

При зондировании объекта вибрации электромагнитным колебанием в пространстве между объектом вибрации и излучением из-за наложения падающей и отраженной от объекта волн устанавливается стоячая волна. Амплитуда этой волны определяется отражающими свойствами объекта и зависит от расстояния между объектом вибрации и излучателем. Из-за вибрации объекта может иметь место смещение интерференционной картины волн. В результате амплитуда стоячей волны становится промодулированной амплитудой вибрации объекта.

Согласно предлагаемому способу, если амплитуда полученной стоячей волны пропорциональна амплитуде вибрации объекта, то целесообразно по частоте зондирующих вибрирующий объект колебаний определять степень вибрации объекта.

Для этого в устройстве, реализующем данный способ, микроволновые колебания, генерируемые генератором варакторной перестройки частоты, через приемопередающую рупорную антенну направляют на объект вибрации. Принимаемые отраженные от объекта приемопередающей антенной колебания поступают на вход амплитудного детектора. С выхода амплитудного детектора продетектированный сигнал поступает в усилитель, из которого после усиления сигнал поступает на варактор микроволнового генератора, используемого для электрической перестройки частоты электромагнитных колебаний в зависимости от приложенного напряжения. При поступлении на варактор сигнала, пропорционального амплитуде вибрации объекта, по сдвигу частоты электромагнитных колебаний, зондирующих вибрирующий объект, измеряют степень вибрации объекта. К выходу варакторного микроволнового генератора подключен частотомер, с помощью которого осуществляют измерение частот перестроенных зондирующих электромагнитных колебаний. (Патент №2236670 Российская Федерация, МПК 7 G01H 11/06. Способ определения вибрации объекта / Ахобадзе Г.Н. (RU); заявитель и патентообладатель Институт проблем управления им.В.А.Трапезникова РАН (RU). - №2003109064; заявл. 31.03.2003; опубл. 20.09.2004).

В связи с тем что данный способ предназначен для решения ограниченного круга исследовательских задач, ему присущи следующие недостатки:

1. Необходимость управления по частоте отраженным сигналом зондирующего.

2. Зависимость результатов измерений вибрации от расстояния между устройством, реализующим данное техническое решение, и объектом вибрации в интересах обеспечения амплитудной модуляции стоячей волны.

3. Определение амплитуд вибрации поверхности корпуса объекта посредством измерения смещения частоты зондирующих колебаний не позволяет дать качественную оценку процесса вибрации. Это обусловлено низкой достоверностью определения амплитуды за счет малого времени накопления информации, тогда как применение современных методов спектрального анализа позволяет получить оценку, адекватную изучаемому процессу.

4. Низкая оперативность получения информации, вызванная необходимостью проведения расчета амплитуды пропорционально частоте.

5. Способ не предусматривает оценку амплитуд вибрации в условиях распространения электромагнитной волны в приводном слое тропосферы, в частности не учитывает уровень вклада помехового воздействия водной поверхности в мультипликативную смесь сигнала и помехи.

Для решения поставленной технической задачи с помощью перечисленных способов необходимо использование специального устройства для осуществления способа.

Известен измеритель вибрации, выбранный в качестве аналога устройства, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, расположение антенны относительно объекта измерения принимается исходя из установки формирования режима стоячей волны (Патент №2025669 RU; МПК 5 G01H 9/00. Измеритель вибрации / Уменушкин А.В., Кудряшов С.А., Никитин А.А.; патентообладатель Научно-исследовательский институт механики и физики при Саратовском государственном университете им. Н.Г.Чернышевского. - №5008233/28; заявл. 17.07.1991; опубл. 30.12.1994).

Недостатком первого известного устройства является использование слабонаправленной антенны, что не обеспечивает измерение вибрации на расстояниях до объекта в интервале от 50 м до 10000 м, а также низкая производительность из-за отсутствия частотного преобразования, вычислительной техники и соответствующего программного обеспечения для регистрации вибрации в инфразвуковом диапазоне частот.

Известен другой измеритель вибрации, содержащий генератор СВЧ, детектор с подключенным к нему индикатором и антенну, в виде круглого волновода (Патент №2082114 RU; МПК 6 G01H 9/00. Измеритель вибрации / Никитин А.А.; патентообладатель Никитин А.А. - 94026857/28; заявл. 20.07.1994; опубл. 20.06.1997).

Несмотря на увеличение чувствительности на порядок по сравнению с первым аналогом во втором аналоге используется слабонаправленная антенна, что позволяет проводить измерения объектов только в лабораторных условиях, а также не используется преобразование сигнала на промежуточной частоте, стробирование по дальности и отсутствуют средства автоматизации вычислительных процессов в инфразвуковом диапазоне частот для регистрации вибрации объекта.

Недостатки, присущие первому и второму аналогам устройства, устранены наиболее близким заявленному и выбранным в качестве прототипа другим измерителем вибрации. В нем в качестве устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна использован радиолокационный импульсный обнаружитель, в котором конструктивно объединены в одном корпусе антенное устройство остронаправленного типа, выполненное в виде рупорного облучателя и отражателя в форме усеченного параболоида вращения и подключенное к приемопередатчику. В состав приемопередатчика входят генератор СВЧ, в котором использован двухсантиметровый диапазон длин волн и детектор, а также соединенные параллельной электрической связью с приемопередатчиком индикаторное устройство и электронное вычислительное устройство цифровой обработки сигналов, снабженное пакетом прикладных программ для спектрального анализа сигналов. Приемопередатчик и индикаторное устройство выполнены с возможностью интегрированного измерения вибрации поверхностно распределенных объектов. Выход генератора СВЧ через когерентный гетеродин подключен ко второму входу детектора, а система измерения дальности радиолокационного импульсного обнаружителя размещена в индикаторном устройстве с возможностью измерения расстояния до исследуемого объекта; кроме того, в приемопередатчик включены модулятор, генератор СВЧ, смеситель, местный гетеродин, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, видеоусилитель и усилитель низкой частоты, причем в усилителе промежуточной чистоты и усилителе низкой частоты реализована низкочастотная фильтрация при помощи фильтров нижних частот с возможностью измерения инфразвукового диапазона вибрации, а детектор использован в режиме фазового детектирования. (Патент №54180 RU; МПК G01H 9/00 (2006.01), G01S 13/00 (2006.01). Устройство радиолокационного измерения вибрации корпуса судна / Аксенов А.А., Авраменко Ю.Г., Бойко В.Е.; патентообладатель Тихоокеанский военно-морской институт им. С.О.Макарова. - №2005136582/22; заявл. 24.11.2005; опубл. 10.06.2006, Бюл.16. - 1 с.: ил).

Недостатком прототипа является недостаточная эффективность и отсутствие возможности измерения дальности до объекта измерения вибрации в диапазоне от 50 до 10000 м. Невозможность варьирования длительности строб-импульса дальности не позволяет точно и в полном объеме определить характеристики вибрации корпуса судна как протяженного объекта.

От указанных выше недостатков свободны заявленные в качестве группы изобретений «Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления», единой технической задачей которых является разработка нового эффективного способа дистанционного измерения вибрации корпуса судна в инфразвуковом диапазоне частот с применением нового устройства - когерентно-импульсного радиолокационного дальномера в сочетании с современными возможностями вычислительной техники для обработки и анализа радиолокационных сигналов.

Реализация указанной технической задачи предлагаемой группой изобретений позволяет добиться следующего технического результата.

Существенное усовершенствование радиолокационного импульсного обнаружителя и создание на его основе когерентно-импульсного радиолокационного дальномера увеличило эффективность способа радиолокационного измерения вибрации корпуса судна за счет его универсальности.

Наличие в новом устройстве для определения вибрации корпуса судна многопозиционного фиксирующего переключателя, прямо и косвенно функционально связанного с остальными конструктивными элементами дальномера (обнаружителя), делает возможным осуществлять фиксированное регулирование и учет величину задержки строб-импульса в интервале от 3 до 100 метров. Именно это позволяет изменять контролируемую площадь вибрирующей поверхности, что в результате увеличения степени радиолокационной заметности повышает точность измерения характеристик вибрации протяженного объекта.

Эффективность и чувствительность способа увеличена за счет уточнения гидрометеорологических и помеховых характеристик, определяющих отрицательное влияние окружающей среды на точность измерения параметров вибрации корпуса судна. Кроме того, природа СВЧ сигналов позволяет их использовать в разнообразных условиях гидрометеорологической обстановки.

В устройстве функционально предусмотрены аналого-цифровой преобразователь и ПЭВМ с программным обеспечением для спектрального анализа выходных сигналов приемника, что повышает качество статистической обработки данных и увеличивает объемы измерений.

Для получения указанного технического результата в заявляемом способе радиолокационного измерения вибрации корпуса судна определяют гидрометеорологические условия в исследуемом районе, после чего измеряют характеристики помеховой обстановки в районе измерения вибрации корпуса судна. После этого зондируют вибрирующий объект электромагнитными сигналами, выделенную часть которых используют в качестве когерентных сигналов для смешения с принятыми отраженными от объекта содержащими характеристики помеховой обстановки электромагнитными сигналами с последующей их трансформацией в электрические сигналы промежуточной частоты. Сформированные электрические сигналы последовательно усиливают, а затем производят фазовое детектирование для формирования видеосигнала. Видеосигнал последовательно усиливают и выделяют из него сигнал доплеровской частоты, который затем стробируют строб-импульсом дальности и оцифровывают для его компьютерной обработки. Кроме того, задержкой строб-импульса измеряют дальность до судна и визуально ее фиксируют.

Принципиальным отличием заявляемого способа от прототипа является то, что измерение дальности до судна и последующее дистанционное определение и измерение характеристик вибрации участков корпуса судна, в том числе интегральных характеристик вибрации корпуса судна, а также вычисление фазы электромагнитного сигнала посредством спектрального анализа оцифрованного сигнала осуществляют с помощью устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, состоящего из радиолокационного импульсного обнаружителя. В обнаружителе система измерения дальности использована с возможностью регулирования длительности строба дальности. Для этого входящий в ее состав формирователь подвижного переменного строба параллельно соединен со вторым выходом и через формирователь запускающих импульсов - с первым выходом системы измерения дальности. Кроме того, в формирователь подвижного переменного строба включен многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности.

Другим отличием заявляемого способа от прототипа является то, что в качестве электромагнитных сигналов вибрирующий объект зондируют радиосигналами СВЧ диапазона.

Отличительной особенностью заявляемого способа от прототипа является и то, что гидрометеорологические условия уточняют с периодичностью 0,5-1 час. При измерении характеристик помеховой обстановки, создаваемой морской поверхностью, дискретность пеленга измерения задают с интервалом угловой ширины 10°-15°. Уровень характеристик помеховой обстановки определяют с учетом дальности лоцирования участков морской поверхности.

Эти характеристики и их уровень измеряют с помощью электронного вычислительного устройства цифровой обработки сигналов в виде персональной электронно-вычислительной машины, снабженной пакетом прикладных программ и входящей в состав устройства для осуществления способа.

Дополнительным отличием заявляемого способа от прототипа является также и то, что измерение характеристик вибрации производят для каждого участка корпуса судна раздельно и заданными размерами строба дальности и при положении судна и на якоре, и в дрейфе, и на ходу в диапазоне изменения курсовых углов от 0° до 180°. Кроме того, измерение дальности до судна производят в диапазоне от 50 до 10000 метров.

В отличие от аналогов заявляемый способ имеет другое важное дополнительное отличие, заключающееся в том, что многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности предназначен для формирования фиксированных величин задержки строб-импульса на 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 метров, определенных заданными характеристиками линии задержки.

Наличие существенных отличительных и дополнительных признаков в заявленном способе обеспечивают ему следующие технические эффекты.

Использование радиолокационного обнаружителя с усовершенствованной функциональной схемой расширило возможности способа.

Регулирование длительности строба дальности позволяет изменять контролируемую площадь вибрирующей поверхности, что в результате увеличения степени радиолокационной заметности повышает точность измерения характеристик вибрации протяженного объекта. Именно этот эффект достигается с помощью нового устройства для определения вибрации корпуса судна, включающего многопозиционный фиксирующий переключатель, который регулирует фиксировано величину задержки строб-импульса в интервале от 3 до 100 метров.

Уточнение гидрометеорологических и помеховых характеристик необходимо для учета влияния окружающей среды на точность измерения параметров вибрации корпуса судна. Кроме того, природа СВЧ сигналов позволяет их использовать в любых условиях гидрометеорологической обстановки.

Для достижения названного технического результата заявляемый способ реализуется с помощью устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, состоящего из радиолокационного импульсного обнаружителя, в котором конструктивно объединены в одном корпусе антенное устройство остронаправленного типа, выполненное в виде рупорного облучателя и отражателя в форме усеченного параболоида вращения, а также приемопередатчик, состоящий из приемника и передатчика. Приемник включает последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, видеоусилитель и усилитель низкой частоты, а передатчик содержит генератор СВЧ, использующий двухсантиметровый диапазон длин волн. Выход генератора СВЧ соединен взаимной электрической связью с входом модулятора. Другой выход генератора СВЧ через волноводный тракт параллельно соединен с антенным устройством и через когерентный гетеродин подключен ко второму входу фазового детектора. Антенное устройство через волноводный тракт соединено со смесителем приемника; выход усилителя низкой частоты соединен электрической связью с электронно-вычислительным устройством цифровой обработки сигналов через АЦП. Приемник соединен с индикаторным устройством, причем в индикаторном устройстве первый выход системы измерения дальности соединен с входом усилителя низкой частоты, а второй ее выход и выход видеоусилителя приемника соединены совместной связью с входом электронно-лучевой трубки через параллельные каналы яркостной модуляции «А» и «В» с видеоусилителями соответственно с возможностью измерения расстояния до исследуемого объекта. Кроме того, в систему измерения дальности включены формирователь подвижного переменного строба, один вход которого соединен со счетчиком дальности, а второй вход соединен с первым выходом блока переключения и калибровки, второй выход которого соединен с входом формирователя запускающих импульсов, выход которого, в свою очередь, параллельно соединен с каналами яркостной модуляции «А» и «В» с видеоусилителями. Кроме того, формирователь подвижного переменного строба включает генератор пилообразного напряжения, соединенный через узел сравнения параллельно с первым логическим элементом «НЕ», выход которого соединен с входом линии задержки и логическим элементом «И-НЕ». Выход логического элемента «И-НЕ» соединен с входом второго логического элемента «НЕ».

Новыми отличительными признаками заявляемого устройства относительно прототипа является то, что система измерения дальности использована с возможностью регулирования длительности строба дальности. Для этого в ней выход формирователя подвижного переменного строба параллельно соединен с первым выходом и через формирователь запускающих импульсов со вторым выходом системы измерения дальности. Кроме того, в формирователь подвижного переменного строба включен многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности, все входы которого соединены с соответствующими выходами линии задержки, а выход его соединен с входом логического элемента «И-НЕ».

Дополнительным отличием устройства является то, что выход когерентного гетеродина подключен к входу смесителя, а регулирование длительности строба дальности производят фиксированно переключателем с возможностью формирования фиксированных величин задержки строб-импульса в интервале от 3 до 100 метров. Многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности выполнен с возможностью формирования фиксированных величин задержки строб-импульса 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 метров, определенных заданными характеристиками линии задержки.

Кроме того, электронное вычислительное устройство цифровой обработки сигналов в виде персональной электронно-вычислительной машины снабжено пакетом прикладных программ для спектрального анализа сигналов. А в усилителе промежуточной частоты и усилителе низкой частоты реализована низкочастотная фильтрация при помощи фильтров нижних частот с возможностью измерения инфразвукового диапазона вибрации.

Другими дополнительными отличиями устройства являются то, что на вход блока переключения и калибровки в системе измерения дальности подается импульс запуска от модулятора, а со второго входа формирователя подвижного переменного строба, соединенного с блоком переключения и калибровки, производят запуск генератора пилообразного напряжения.

Завершающим дополнительным отличием является то, что ПЭВМ соединена с регистрирующим устройством с возможностью документирования обработанных данных.

Перечисленная новая совокупность существенных признаков обеспечивает возможность применения заявленного устройства с достижением следующих технических эффектов.

Регулирование длительности строба дальности позволяет изменять контролируемую площадь вибрирующей поверхности, что в результате увеличения степени радиолокационной заметности повышает точность измерения характеристик вибрации протяженного объекта. Именно этот эффект достигается с помощью нового устройства для определения вибрации корпуса судна, включающего многопозиционный фиксирующий переключатель, который регулирует фиксированно величину задержки строб-импульса в интервале от 3 до 100 метров.

Предлагаемые изобретения способ и устройство для его осуществления иллюстрируются чертежами.

Фигуры, поясняющие сущность способа:

Фиг.1 - Способ радиолокационного обнаружения и измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Дистанционное определение характеристик вибрации корпуса судна. Порядок выполнения действий.

Фиг.2 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Дистанционное определение характеристик вибрации корпуса судна. Схема проведения измерений.

Фиг.3 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Дистанционное определение характеристик вибрации корпуса судна. Амплитудный спектр отраженного радиолокационного сигнала от водной поверхности в районе измерений.

Фиг.4 - Амплитудный спектр отраженного радиолокационного сигнала от судна типа «сухогруз».

Фиг.5 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Дистанционное определение характеристик вибрации корпуса судна. Спектрограмма отраженного радиолокационного сигнала при лоцировании.

Фиг.6 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Дистанционное определение характеристик вибрации корпуса судна. Периодограмма Уэлча при оценке спектральной плотности мощности сигналов, отраженных от водной поверхности и судна.

Фиг.7 - Спектральная оценка сигналов, отраженных от судна и водной поверхности.

Сущность устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна поясняется фигурами:

Фиг.8 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Устройство радиолокационного измерения вибрации корпуса судна. Схема электрическая структурная.

Фиг.9 - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Устройство радиолокационного измерения вибрации корпуса судна. Система измерения дальности (укрупнено). Схема электрическая структурная.

Фиг.9а - Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления. Система измерения дальности. Формирователь подвижного переменного строба (укрупнено). Схема электрическая функциональная.

На фиг.2 представлена схема проведения измерений, где цифрами обозначены:

1. Антенное устройство радиолокационного измерителя вибрации.

2. Приемопередатчик радиолокационного измерителя вибрации.

3. Индикаторное устройство радиолокационного измерителя вибрации.

4. ПЭВМ.

5. Измерение интегральных характеристик вибрации корпуса судна на разных курсовых углах.

6. Измерение интегральных характеристик вибрации корпуса судна на ходу и стоящего на якоре.

7. Измерение характеристик вибрации частей корпуса судна на ходу и стоящего на якоре.

8. Диапазон дальностей при проведении измерений.

На фиг.3 в плоской Декартовой системе координат представлен амплитудный спектр отраженного радиолокационного сигнала от морской поверхности в районе измерений, где:

- по оси абсцисс размещены значения f, Гц - логарифмической шкалы частот радиолокационного сигнала;

- по оси ординат размещены значения W, дБ - амплитуды отраженного радиолокационного сигнала;

- ДС-1, ДС-2, ДС-3, ДС-4, ДС-5 и т.д. - дискретные составляющие спектра отраженного радиолокационного сигнала.

На фиг.4 в плоской Декартовой системе координат представлен амплитудный спектр отраженного радиолокационного сигнала от судна типа «сухогруз», где:

- по оси абсцисс размещены значения f, Гц - логарифмической шкалы частот радиолокационного сигнала;

- по оси ординат размещены значения W, дБ - амплитуды отраженного радиолокационного сигнала;

- ДС-1, ДС-2, ДС-3, ДС-4, ДС-5 и т.д. - дискретные составляющие спектра отраженного радиолокационного сигнала.

На фиг.5 в плоской Декартовой системе координат представлена спектрограмма отраженного радиолокационного сигнала при лоцировании, где:

- по оси абсцисс размещены значения времени Time×10⁵;

- по оси ординат размещены значения частоты Frequency.

На фиг.6 в плоской Декартовой системе координат представлен амплитудный спектр отраженного радиолокационного сигнала от морской поверхности в районе измерений, где:

- по оси абсцисс размещены значения f, Гц - логарифмической шкалы частот радиолокационного сигнала;

- по оси ординат размещены значения W, дБ - амплитуды отраженного радиолокационного сигнала.

Сплошной линией на фиг.6 обозначена периодограмма Уэлча при оценке спектральной плотности мощности сигналов, отраженных от судна; пунктирной линией обозначена периодограмма Уэлча при оценке спектральной плотности мощности сигналов, отраженных от морской поверхности.

На фиг.7 в плоской Декартовой системе координат представлен амплитудный спектр отраженного радиолокационного сигнала от морской поверхности в районе измерений, где:

- по оси абцисс размещены значения f, Гц - логарифмической шкалы частот радиолокационного сигнала;

- по оси ординат размещены значения W, дБ - амплитуды отраженного радиолокационного сигнала.

Сплошной линией на фиг.7 обозначена спектральная оценка сигналов, отраженных от морской поверхности; пунктирной линией обозначена спектральная оценка сигналов, отраженных от судна.

На фиг.8 представлена схема электрическая структурная устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, включающая:

1. Формирователь сигналов и антенна:

1.1. Антенное устройство.

2. Приемопередатчик.

2.1. Передатчик.

2.1.1. Модулятор.

2.1.2. Генератор СВЧ.

2.2. Приемник.

2.2.1. Смеситель.

2.2.2. Усилитель промежуточной частоты (УПЧ).

2.2.3. Когерентный гетеродин.

2.2.4. Фазовый детектор.

2.2.5. Видеоусилитель.

2.2.6. Усилитель низкой частоты (УНЧ).

2.3. Волноводный тракт.

2.3.1. Приемный участок волноводного тракта.

2.3.2. Передающий участок волноводного тракта.

3. Индикаторное устройство.

3.1. Система измерения дальности.

3.2. Каналы яркостной модуляции с видеоусилителем «А».

3.3. Каналы яркостной модуляции с видеоусилителем «В».

3.4. Электронно-лучевая трубка (ЭЛТ).

4. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП).

5. Персональная электронно-вычислительная машина (ПЭВМ) (ПЭВМ снабжена пакетом прикладных программ для обнаружения вибрации и измерения спектральных характеристик).

В качестве устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна использован радиолокационный импульсный обнаружитель (на чертеже фигуры 8 нет обозначения обнаружителя).

Все (устройства) конструктивные элементы радиолокационного импульсного обнаружителя электрически взаимосвязаны и обеспечивают генерацию импульсов СВЧ энергии.

Приемопередатчик 2 фиг.8 конструктивно объединен в одном корпусе с антенным устройством 1.1 фиг.8 остронаправленного типа, выполненного в виде рупорного облучателя и отражателя в форме усеченного параболоида вращения.

Высокочастотный вход смесителя 2.2.1 фиг.8, входящего в состав приемопередатчика 2 фиг.8, последовательно соединен с выходом антенного устройства 1.1 фиг.8 через приемный участок волноводного тракта 2.3.1 фиг.8, а другой вход смесителя 2.2.1 фиг.8 соединен с выходом когерентного гетеродина 2.2.3 фиг.8. В свою очередь, усилитель промежуточной частоты 2.2.2 фиг.8, в котором реализована низкочастотная фильтрация с помощью фильтров нижних частот, соединен последовательной электрической связью своим входом со смесителем 2.2.1 фиг.8, а выходом - с фазовым детектором 2.2.4 фиг.8.

Передатчик 2.1 фиг.8, входящий в состав приемопередатчика 2 фиг.8, включает в себя модулятор 2.1.1 фиг.8 и магнетронный генератор СВЧ 2.1.2 фиг.8. Генератор СВЧ 2.1.2 фиг.8 соединен через передающий участок волноводного тракта 2.3.2 фиг.8 с антенным устройством 1.1 фиг.8 и с входом когерентного гетеродина 2.2.3 фиг.8. Кроме того, генератор СВЧ 2.1.2 фиг.8, в котором использован двухсантиметровый диапазон длин электромагнитных волн, взаимной электрической связью соединен входом и выходом с модулятором 2.1.1 фиг.8.

Фазовый детектор 2.2.4 фиг.8 соединен электрической связью своим входом с когерентным гетеродином 2.2.3 фиг.8, а выходом - через видеоусилитель 2.2.5 фиг.8 с усилителем низкой частоты 2.2.6 фиг.8 и параллельно с каналами яркостной модуляции с видеоусилителями «А» 3.2 фиг.8 и «В» 3.3 фиг.8.

Выход усилителя низкой частоты 2.2.6 фиг.8, соединен последовательной электрической связью через АЦП 4 фиг.8 с входом электронного вычислительного устройства цифровой обработки сигналов в виде ПЭВМ 5 фиг.8 с возможностью спектральной обработки отраженного радиолокационного сигнала.

Вход системы измерения дальности 3.1 фиг.8 соединен с одним из выходов модулятора 2.1.1 фиг.8, формирующего импульсы синхронизации. Первый выход системы измерения дальности 3.1 фиг.8 индикаторного устройства 3 фиг.8 соединен последовательной электрической связью с усилителем низкой частоты 2.2.6 фиг.8, а второй ее выход и выход видеоусилителя 2.2.5 фиг.8 приемника 2.2. фиг.8 соединены совместной связью через параллельные каналы яркостной модуляции «А» с видеоусилителем 3.2 фиг.8 и «В» 3.3 фиг.8 с входом электронно-лучевой трубки 3.4 фиг.8. Система измерения дальности 3.1 фиг.8, размещенная в индикаторном устройстве 3 фиг.8 для измерения расстояния до исследуемого объекта, выполнена с возможностью регулировки длительности строба дальности.

Выход ПЭВМ 5 фиг.8, снабженной пакетом прикладных программ для цифровой обработки сигналов и измерения спектральных характеристик, соединен с регистрирующим устройством для документального и визуального отображения обработанной информации о вибрации судна.

На фиг.9 представлена схема электрическая структурная системы измерения дальности (укрупнено).

3.1.1 Счетчик дальности (СЧД).

3.1.2 Формирователь подвижного переменного строба (ФППС).

3.1.3 Блок переключения и калибровки (БПиК).

3.1.4 Формирователь запускающих импульсов (ФЗИ).

Система измерения дальности 3.1 фиг.8 выполнена с возможностью регулировки длительности строба дальности следующим образом.

Вход блока переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 соединен электрической связью, не указанной на чертежах, с модулятором 2.1.1 фиг.8. Первый выход блока переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 соединен с входом формирователя подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9. Второй выход блока переключения и калибровки 3.1.3 соединен с формирователем запускающих импульсов 3.1.4, выход которого параллельно соединен с входами каналов яркостной модуляции «А» и «В» 3.2, 3.3. Счетчик дальности 3.1.1 фиг.9 соединен электрической связью с входом формирователя подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9. Счетчик дальности предназначен для регулировки временной задержки формирователя подвижного строб-импульса переменной длительности. Выход формирователя подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9 соединен параллельной электрической связью через формирователь запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9 со вторым выходом системы измерения дальности 3.1 фиг.9 и далее с входами канала яркостной модуляции «А» с видеоусилителем 3.2 фиг.8 и канала яркостной модуляции «В» с видеоусилителем 3.3 фиг.8, а также с с первым выходом системы измерения дальности 3.1 фиг.9, через который осуществляется связь с входом усилителя низкой частоты 2.2.6 фиг.8.

Фигура 9 и фигура 9а связаны единым техническим замыслом, а именно изображения системы измерения дальности и укрупнения одного из ее конструктивных элементов.

На фиг.9а представлена схема электрическая функциональная формирователя подвижного переменного строба (укрупненная).

А. Генератор пилообразного напряжения (ГПН).

В. Узел сравнения.

С. Логический элемент «НЕ» (первый).

D. Логический элемент «И-НЕ» (&).

Е. Линия задержки.

F. Логический элемент «НЕ» (второй).

G. Многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности.

Вход генератора пилообразных импульсов А фиг.9а соединен электрической связью с первым выходом блока переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9. Выход генератора пилообразных импульсов А фиг.9а соединен с первым входом узла сравнения В фиг.9а, второй его вход соединен электрической связью с выходом счетчика дальности 3.1.1 фиг.9. Выход узла сравнения В фиг.9а соединен параллельной электрической связью с входами первого логического элемента «НЕ» С и логического элемента «И-НЕ» D фиг.9а. Выход первого логического элемента «НЕ» С фиг.9а соединен электрической связью с входом линии задержки Е фиг.9а. Выходы 3-10 линии задержки Е фиг.9а соединены через многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности G фиг.9а со вторым входом логического элемента «И-НЕ» D фиг.9а. Выход логического элемента «И-НЕ» D фиг.9а соединен с входом второго логического элемента «НЕ» F фиг.9а. Выход второго логического элемента «НЕ» F фиг.9а, являющийся оконечным узлом формирователя подвижного переменного строба 3.1.2. фиг.9, соединен параллельной электрической связью с входами формирователя запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9, канала яркостной модуляции «А» с видеоусилителем 3.2 фиг.8, канала яркостной модуляции «В» с видеоусилителем 3.3 фиг.8, усилителя низкой частоты 2.2.6 фиг.8 соответственно.

Предлагаемый способ осуществляется в следующей последовательности

При описании заявленного способа использована характеристика устройства с формирователем подвижного переменного строба, который размещен в системе измерения дальности, входящей в состав заявленного устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, состоящего из радиолокационного импульсного обнаружителя. Посредством заявленного устройства осуществляют измерение дальности до судна и последующее дистанционное определение и измерение характеристик вибрации участков корпуса судна, в том числе интегральных характеристик вибрации корпуса судна, а также вычисление фазы электромагнитного сигнала посредством спектрального анализа оцифрованного сигнала.

Вследствие этого в описании способа раскрыты признаки формирователя подвижного переменного строба, представленного на фигуре 9а, так как его функционированием обусловлено достижение технического результата при реализации поставленной технической задачи с помощью заявленного способа, который поясняется чертежами фиг.1-7.

Порядок выполнения действий «Способа радиолокационного измерения вибрации корпуса судна» представлен на фиг.1 и 2 и включает следующие действия.

Проведение измерений начинают с определения сектора наблюдения 8 фиг.2, доставки аппаратуры 2 фиг.1 и 1, 2, 3, 4 фиг.2 и участников на позицию на побережье, назначения обязанностей исполнителей, выбора координат ориентиров естественного и искусственного происхождения и выбора места размещения радиолокационного измерителя вибрации на побережье 2 фиг.1 и 1, 2, 3, 4 фиг.2, ориентирования и развертывания техники на местности. Затем определяют координаты дрейфующих, неподвижных и движущихся объектов с ведением карты-схемы измерения обстановки и журнала учета событий.

Обязательным является систематическое наблюдение за ходом развития процесса измерения и учета случайных факторов, влияющих на точность параметров движения водного объекта, полученных с помощью измерителя и регистрирующей аппаратуры. При возникновении изменений в сложившейся обстановке производят подробное описание и, если возможно, графическое изображение (фото-видео съемка) варьируемого фактора.

В связи с этим сначала определяют гидрометеорологические условия в исследуемом районе 3 фиг.1 устройствами и методами, широко известными до даты приоритета и применяемыми при гидрометеорологических замерах. Гидрометеорологическая обстановка включает фиксирование состояния морской поверхности, направления и скорости ветра, наличия гидрометеоров. Полученные данные гидрометеорологической обстановки уточняют с периодичностью 0,5-1 час. Изменение гидрометеорологической обстановки контролируют с помощью Океанологической таблицы, фото- или киносъемками района морской поверхности, описанием состояния моря и приводного слоя тропосферы.

После этого измеряют характеристики помеховой обстановки в районе измерения вибрации корпуса судна 4 фиг.1.

При измерении характеристик помеховой обстановки, создаваемой морской поверхностью, дискретность пеленга измерения задают с интервалом угловой ширины 10°-15°, обозначенных как 5 фиг.1, для этого антенное устройство 1.1 фиг.8 устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна фиг.8 ориентируется дискретно по азимуту в пределах зоны обзора, а уровень характеристик помеховой обстановки определяют с учетом дальности лоцирования участков морской поверхности в зависимости от пеленга, дальности и ракурса. Это действие осуществляется системой измерения дальности 3.1 фиг.8, а измерение дальности до судна производят в диапазоне от 50 до 10000 метров с помощью задержки строб-импульса и визуально ее фиксируют на электронно-лучевой трубке 3.4 фиг.8 индикаторного устройства 3 фиг.8.

После измерения характеристик помеховой обстановки зондируют вибрирующий объект электромагнитными сигналами 7 и 8 фиг.1. В качестве электромагнитных сигналов используют радиосигналы СВЧ диапазона. Для этого генератор СВЧ 2.1.2 фиг.8 формирует зондирующие радиоимпульсы двухсантиметрового диапазона длин волн, которые поступают в антенное устройство 1.1 фиг.8 и затем излучаются в пространство.

Выделенная часть энергии зондирующих импульсов из антенного устройства 1.1 фиг.8 по волноводному тракту 2.3 фиг.8 ответвляют в когерентный гетеродин 2.2.3 фиг.8 приемопередатчика 2 фиг.8. Эту выделенную часть зондирующих импульсов используют в качестве когерентных сигналов для смешения с принятыми отраженными от объекта электромагнитными сигналами, содержащими характеристики помеховой обстановки. После этого смешанные в смесителе 2.2.1 фиг.8 электромагнитные сигналы там же трансформируют в электрические сигналы промежуточной частоты, которые усиливают в УПЧ 2.2.2 фиг.8, а затем производят фазовое детектирование в фазовом детекторе 2.2.4 фиг.8 с возможностью формирования на его выходе видеосигнала. Полученный видеосигнал усиливают в видеоусилителе 2.2.5 фиг.8, подают в индикаторное устройство 3 фиг.8 через каналы яркостной модуляции с видеоусилителем «А» 3.2 и «В» 3.3 фиг.8 на электронно-лучевую трубку 3.4 фиг.8 для отображения с помощью разверток типа «А» и «В». Кроме того, усиленный видеосигнал из видеоусилителя 2.2.5 фиг.8 подают на один из входов УНЧ 2.2.6 фиг.8, туда же на другой вход усилителя низкой частоты 2.2.6 фиг.8 поступает строб-импульс с первого выхода системы измерения дальности 3.1 фиг.8 для выделения из видеосигнала сигнала доплеровской частоты там же в усилителе низкой частоты 2.2.6 фиг.8, который затем стробируют строб-импульсом дальности. Стробированный сигнал доплеровской частоты оцифровывают в АЦП 4 фиг.8 для его компьютерной обработки в ПЭВМ 5 фиг.8 при помощи звуковой карты Creative Sound Blaster Live 5.1 и пакета лицензированных прикладных программ.

При осуществлении способа измерения дальности до судна и последующее дистанционное определение и измерение характеристик вибрации участков корпуса судна 7 фиг.2 и интегральных характеристик корпуса судна 9 фиг.1 и 6 фиг.2 производят как для всего судна, так и для каждого участка корпуса раздельно и заданными размерами строба дальности при положении судна и на якоре, и в дрейфе, и на ходу 6 и 7 фиг.2 в диапазоне изменения курсовых углов от 0° до 180° 5 фиг.2 с помощью компьютерной обработки данных в ПЭВМ 5 фиг.8 и 4 фиг.2. Туда же поступают в цифровой форме данные, содержащие сведения о гидрометеорологических условиях, помеховой обстановке, о преобразованных в процессе измерения зондирующих и отраженных электромагнитных сигналах для проведения спектрального анализа 10 фиг.1, и фигуры 3, 4, 5, 6, 7. Необходимым условием проведения спектрального анализа является поступление в ПЭВМ 5 фиг.8 из системы измерения дальности 3.1 фиг.8, использованной с возможностью регулирования длительности строба дальности, оцифрованных данных о длительности строб-импульса, которые несут информацию о всестороннем объеме характеристик вибрации. От ПЭВМ 5 фиг.8 все обработанные на разных этапах способа данные передаются на регистрирующее устройство для документирования на различных носителях информации, при необходимости - распечатки и т.д.

Для формирования данных о длительности строб-импульса в системе измерения дальности 3.1 фиг.8, входящей в состав заявленного устройства для осуществления заявленного способа, предусмотрен формирователь подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9 и фиг.9а, соединенный с формирователем запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9. В формирователь подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9а включен многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности G фиг.9а, выполненный с возможностью и предназначенный для формирования фиксированных величин задержки строб-импульса 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 метров, определенных заданными характеристиками линии задержки, ее техническим исполнением

Запуск системы измерения дальности осуществляют импульсом запуска от модулятора 2.1.1 фиг.8, запускающего одновременно все конструктивные узлы устройства.

Одновременно с измерением характеристик помеховой обстановки, излучением зондирующего и получением отраженного сигнала в системе измерения дальности 3.1 фиг.8 и фиг.9 вырабатывают строб-импульс для последующей его подачи параллельно на первый и второй выходы системы измерения дальности 3.1 фиг.8 и фиг.9.

При этом с первого выхода системы измерения дальности 3.1 фиг.8 и фиг.9 строб-импульс поступает:

1. к УНЧ 2.2.6 фиг.8 и фиг.9а для последующего стробирования в нем усиленного видеосигнала, поступившего на один из входов УНЧ 2.2.6 фиг.8 из видеоусилителя 2.2.5 фиг.8;

2. к каналу яркостной модуляции «А» 3.2 фиг.8 и фиг.9а;

3. к каналу яркостной модуляции «В» 3.3 фиг.8 и фиг.9а.

Со второго выхода системы измерения дальности 3.1 фиг.8 и фиг.9 строб-импульс поступает из формирователя подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9 через формирователь запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9 и фиг.9а:

4. к каналу яркостной модуляции «А» 3.2 фиг.8 и фиг.9а для запуска электронно-лучевой трубки 3.4 фиг.8 для индикации изображения, поступившего с первого выхода измерения дальности 3.1 фиг.8 соответственно;

5. к каналу яркостной модуляции «В» 3.3 фиг.8 и фиг.9а для запуска электронно-лучевой трубки 3.4 фиг.8 для индикации изображения, поступившего с первого выхода измерения дальности 3.1 фиг.8 соответственно.

Во время измерения характеристик вибрации участков корпуса судна и интегральных характеристик вибрации при помощи многопозиционного фиксирующего переключателя длительности строба дальности G фиг.9а регулируют длительность строба дальности и фиксируют величину задержки длительности строб-импульса, выраженную периодом следования строб-импульсов, которые после этого поступают на первый выход системы измерения дальности 3.1 фиг.8.

Регулирование длительности строба дальности позволяет изменять контролируемую площадь вибрирующей поверхности, что в результате увеличения степени радиолокационной заметности повышает точность измерения характеристик вибрации протяженного объекта. Именно этот эффект достигается с помощью нового устройства для определения вибрации корпуса судна, включающего многопозиционный фиксирующий переключатель, который регулирует фиксированно величину задержки строб-импульса в интервале от 3 до 100 метров.

Устройство работает следующим образом.

Устройство радиолокационного измерения вибрации корпуса судна состоит из радиолокационного импульсного обнаружителя, который размещают на побережье, в соответствии с инструкцией, известной до даты приоритета (Изделие 1РЛ133: техническое описание БД 1.400.009 ТО. Ч.1).

Для функционирования устройство снабжено общепринятым переносным или стационарным источником питания, расположенным в месте базирования устройства на побережье. После включения устройства модулятор 2.1.1 фиг.8 однокаскадного передатчика 2.1 фиг.8 генерирует импульсы синхронизации работы для всех конструктивных элементов устройства и вырабатывает модулирующие импульсы, поступающие в магнетронный генератор СВЧ 2.1.2 фиг.8. Генератор СВЧ 2.1.2 фиг.8 формирует зондирующие радиоимпульсы двухсантиметрового диапазона длин волн, которые поступают в антенное устройство 1.1 фиг.8 и затем излучаются в пространство. Выделенная часть энергии зондирующих импульсов из антенного устройства 1.1 фиг.8 по волноводному тракту 2.3 фиг.8 ответвляют в когерентный гетеродин 2.2.3 фиг.8 приемопередатчика 2 фиг.8. Эту выделенную часть зондирующих импульсов используют в качестве когерентных сигналов для сравнения с принятыми отраженными от объекта электромагнитными сигналами, содержащими характеристики помеховой обстановки. В промежутках между посылками зондирующих импульсов антенное устройство 1.1 фиг.8 улавливает в пределах диаграммы направленности сигналы, отраженные от морского судна, которые по волноводному тракту 2.3.1 фиг.8, поступают в смеситель 2.2.1 фиг.8. На смеситель 2.2.1 фиг.8 также подается когерентный сигнал от когерентного гетеродина 2.2.3 фиг.8. Смеситель 2.2.1 фиг.8 осуществляет преобразование полученных СВЧ радиоимпульсов в электрические импульсы с частотой заполнения, равной промежуточной, которые после этого поступают для усиления в многокаскадный УПЧ 2.2.2 фиг.8.

Таким образом, на фазовый детектор 2.2.4 фиг.8 поступают электрические импульсы промежуточной частоты сигналов, трансформированные из отраженных электромагнитных колебаний, обработанных в УПЧ 2.2.2 фиг.8. Туда же поступает другая часть сигналов с когерентного гетеродина 2.2.3 фиг.8, фаза которых жестко связана с фазой зондирующих радиоимпульсов. Закон модуляции фазы отраженного радиоимпульса соответствует амплитудному спектру вибрации корпуса морского судна.

С фазового детектора 2.2.4 фиг.8 продетектированные электрические импульсы промежуточной частоты поступают на видеоусилитель 2.2.5 фиг.8 и далее на усилитель низкой частоты 2.2.6 фиг.8, который стробируется подвижным строб-импульсом системы измерения дальности 3.1 фиг.8, а также в индикаторное устройство 3 фиг.8 через каналы яркостной модуляции с видеоусилителем «А» 3.2 и «В» 3.3 фиг.8 на электронно-лучевую трубку 3.4 фиг.8 для отображения с помощью разверток типа «А» и «В». В момент совпадения импульса от подвижного объекта и строб-импульса дальности с системы измерения дальности 3.1 фиг.8 в усилителе низкой частоты 2.2.6 фиг.8 выделяется напряжение огибающей видеоимпульсов, закон амплитудной модуляции которых соответствует изменению фазы отраженных радиоимпульсов.

С выхода фильтра низких частот усилителя низкой частоты 2.2.6 фиг.8, усиленный по напряжению сигнал, через аналого-цифровой преобразователь 4 фиг.8 подается на линейный вход звуковой карты Creative Sound Blaster Live 5.1 ПЭВМ с пакетом прикладных программ обнаружения вибрации и измерения спектральных характеристик. Обработанные в ПЭВМ 5 фиг.8 результаты измерения поступают на регистрирующее устройство с возможностью документирования данных.

В качестве ПЭВМ 5 фиг.8 используется персональный компьютер на базе процессора Pentium IV с тактовой частотой 2600 МГц и оперативной память 512 Мб. Для ввода сигналов малой длительности в ПЭВМ 5 фиг.8 применена звуковая карта CREATIVE SB LIVE 5.1 с последующей записью данных на жесткий диск и их обработка с помощью специализированных программ «SPECTRALAB», «COOLEDIT» и «MATLAB».

На фиг.9 укрупненно представлена система измерения дальности 3.1 фиг.8. С одного (первого) из ее выходов в УНЧ 2.2.6 поступает строб-импульс, длительность которого изменяется фиксированно на 8 положений многопозиционным фиксирующим переключателем строба дальности G фиг.9а, предназначенным для формирования фиксированных величин задержки строб-импульса 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 метров, определенных заданными характеристиками линии задержки, ее техническим промышленным исполнением.

Импульс запуска от модулятора 2.1.1 фиг.8 поступает на первый вход блока переключения и калибровки 3.1.3. Работа схемы основана на выделении при помощи логических элементов последовательности счетных импульсов.

Все узлы системы измерения дальности выполнены в основном на логических элементах, как известно и широко применимо в радиоэлектронной технике до даты приоритета. Запуск системы измерения дальности осуществляется импульсом запуска от модулятора 2.1.1 фиг.8. Работа блока переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 и формирователя запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9 основана на выделении при помощи делителей и логических элементов «И» необходимых импульсов из последовательности счетных импульсов, вырабатываемой генератором ударного возбуждения, расположенного в блоке переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9. Блок переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 осуществляет управление запуском генератора ударного возбуждения для реализации возможности измерения дальности до судна в интервалах от 50 до 10000 метров. В блоке переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 осуществляется калибровка частоты генератора ударного возбуждения. Таким образом компенсируется изменение частоты генератора ударного возбуждения при изменявшихся условиях эксплуатации системы измерения дальности с регулировкой длительности строба дальности 3.1 фиг.8.

С выхода блока переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 запускающий сигнал поступает на вход генератора пилообразного напряжения А фиг.9а формирователя подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9 и блокирует формирование пилообразного напряжения, обеспечивая на его выходе низкий уровень напряжения, которое поступает на один из входов узла сравнения В фиг.9а. На другой его вход в исходном состоянии поступает опорное напряжение со счетчика дальности 3.1.1 фиг.9, величина которого пропорционально изменяется вращением рукоятки измерения дальности до судна.

В формирователе подвижного переменного строба 3.1.2 фиг.9 с помощью линии задержки Е фиг.9а и логических элементов С, D, F фиг.9а формируется строб дальности фиксированной переменной длительности, временное положение которого изменятся с помощью счетчика дальности 3.1.1 фиг.9. Подвижный переменный строб поступает в формирователь запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9, в УНЧ 2.2.6 фиг.8, а также в каналы яркостной модуляции «А» 3.2 и «В» 3.3 индикаторного устройства 3 фиг.8.

В формирователе запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9 осуществляется выработка импульсов запуска и срыва развертки, неподвижных меток дальности и серии импульсов для обеспечения измерения дальности на индикаторном устройстве, которые через другой (первый) выход системы измерения дальности 3.1 фиг.9 поступают в каналы яркостной модуляции «А» 3.2 и «В» 3.3 индикаторного устройства 3 фиг.8.

На фиг.9а укрупненно представлен формирователь подвижного переменного строба (ФППС) 3.1.2 фиг 9а, указанный на как ФППС 3.1.2 фиг.9. С выхода блока переключения и калибровки 3.1.3 фиг.9 уровень логического 0 поступает на вход генератора пилообразного напряжения А фиг.9а, входящего в состав ФППС 3.1.2. фиг.9, тем самым разрешая формирование пилообразного напряжения (ГПН). На выходе ГПН формируется пилообразное напряжение, поступающее на один из входов узла сравнения В фиг.9а, а на другой ее вход поступает опорное напряжение с потенциометра счетчика дальности 3.1.1 фиг.9. Счетчик дальности предназначен для регулировки временной задержки формирователя подвижного строб-импульса переменной длительности. При равенстве этих напряжений на выходе узла сравнения В фиг.9а возникает перепад напряжения с низкого уровня на высокий.

В конце рабочего цикла уровень логического 0 на входе ГПН А фиг.9а сменяется на уровень логической 1. При таком уровне напряжения ГПН А фиг.9а прекращает формирование рабочего участка пилообразного напряжения. С его выхода снова начинает поступать низкий уровень напряжения, который по своей величине меньше опорного напряжения. В результате на выходе узла сравнения В фиг.9а формируется перепад с высокого уровня напряжения до низкого, образуя тем самым задний фронт положительного импульса. Передний фронт этого импульса может изменять свое временное положение при изменении величины опорного напряжения.

Положительный импульс с узла сравнения В фиг.9а инвертируется логическим элементом С фиг.9а и поступает на вход линии задержки Е фиг.9а. Контакты 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 линии задержки Е фиг.9а подключены к многопозиционному переключателю G фиг.9а для формирования величины задержки строб-импульса на 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 метров соответственно.

Формирование длительности осуществляется при помощи логического элемента «И-НЕ» D фиг.9а, на входы которого подаются положительный импульс с узла сравнения В фиг.9а и отрицательный задержанный импульс с выхода многопозиционного переключателя G фиг.9а. При совпадении уровней логических 1 этих импульсов на входах логического элемента «И-НЕ» D фиг.9а на его выходе уровень логической 1 сменяется на уровень логического 0, формируя тем самым отрицательный узкий строб-импульс. Этот импульс поступает на вход логического элемента «НЕ» F фиг.9а и при помощи его инвертируется в положительный узкий строб-импульс. С выхода элемента «НЕ» F фиг.9а этот импульс поступает на формирователь запускающих импульсов 3.1.4 фиг.9, в каналы яркостной модуляции «А» 3.2 и «В» 3.3 фиг.8, где высвечивается на развертках дальности режимов «А» и «В» в виде положительной метки и в УНЧ 2.2.6 фиг.8, где обеспечивает стробирование отраженных сигналов при измерении дальностей до целей по звуковому индикатору.

Заявляемое изобретение - «Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления» - обладает следующими достоинствами:

- возможность определения гидрометеорологических условий в районе измерений и их уточнение с заданной периодичностью (интервал - от 0,5 до 1 час);

- возможность определения и измерения помеховой обстановки в районе измерения вибрации судна;

- возможность измерения уровня помех от морской поверхности в секторе углов равном угловой ширине района измерения с дискретностью 10°-15° с учетом лоцирования в пределах от минимальной до максимальной дальности в районе измерений;

- регистрация и обработка помех с помощью пакета прикладных программ;

- решение задачи обнаружения вибрации корпуса судна в максимумах поля отношения правдоподобия;

- измерение характеристик вибрации протяженной цели - судна, а также участков корпуса судна (судно на ходу, судно на якоре, судно на дальности меньше дальности максимальной);

- измерение вибрации участков корпуса судна раздельно (кормовая часть, средняя часть, носовая часть, верхняя часть надстройки, грузовые устройства и т.д.) малыми размерами строба дальности;

- возможность измерения вибрации корпуса судна в диапазоне рабочих скоростей судна;

- возможность измерения вибрации корпуса судна на якоре;

- возможность измерения вибрации корпуса судна при разной степени волнения морской поверхности;

- возможность измерения вибрации корпуса судна в диапазоне изменения курсового угла от 0° до 180°;

- возможность измерения интегральных характеристик вибрации корпуса судна как точечной цели;

- возможность обработки сигнальных характеристик от морского судна с помощью пакета прикладных программ.

Заявляемые способ и устройство промышленно применимы, так как для их реализации используются широко распространенные компоненты и изделия промышленности радиоэлектронного приборостроения и вычислительной техники.

Claims (22)

1. Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, при котором определяют гидрометеорологические условия в исследуемом районе, после чего измеряют характеристики помеховой обстановки в районе измерения вибрации корпуса судна, затем зондируют вибрирующий объект электромагнитными сигналами, выделенную часть которых используют в качестве когерентных сигналов для смешения с принятыми отраженными от объекта, содержащими характеристики помеховой обстановки электромагнитными сигналами, с последующей трансформацией смешенных сигналов в электрические сигналы промежуточной частоты, которые усиливают, а затем производят фазовое детектирование для формирования видеосигнала; полученный видеосигнал усиливают и выделяют из него сигнал доплеровской частоты, который затем стробируют строб-импульсом дальности и оцифровывают для его компьютерной обработки, кроме того, задержкой строб-импульса измеряют дальность до судна и визуально ее фиксируют, отличающийся тем, что измерение дальности до судна и последующее дистанционное определение и измерение характеристик вибрации участков корпуса судна, в том числе интегральных характеристик вибрации корпуса судна, а также вычисление фазы электромагнитного сигнала посредством спектрального анализа оцифрованного сигнала осуществляют с помощью устройства радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, состоящего из радиолокационного импульсного обнаружителя, в котором система измерения дальности использована с возможностью регулирования длительности строба дальности, для чего в ней формирователь подвижного переменного строба параллельно соединен со вторым выходом и, через формирователь запускающих импульсов, с первым выходом системы измерения дальности, кроме того, в формирователь подвижного переменного строба включен многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности, выполненный с возможностью формирования фиксированных величин задержки строб-импульса.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что гидрометеорологические условия уточняют с периодичностью 0,5-1 ч.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве электромагнитных сигналов вибрирующий объект зондируют радиосигналами СВЧ диапазона.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что при измерении характеристик помеховой обстановки, создаваемой морской поверхностью, дискретность пеленга измерения задают с интервалом угловой ширины 10-15°.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что уровень характеристик помеховой обстановки определяют с учетом дальности лоцирования участков морской поверхности.

6. Способ по п.1 или 5, отличающийся тем, что характеристики помеховой обстановки и их уровень измеряют с помощью электронного вычислительного устройства цифровой обработки сигналов, в виде персональной электронно-вычислительной машины, снабженной пакетом прикладных программ и входящей в состав устройства для осуществления способа.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение характеристик вибрации производят для каждого участка корпуса судна раздельно и заданными размерами строба дальности.

8. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что измерение характеристик вибрации производят при положении судна и на якоре, и в дрейфе, и на ходу в диапазоне изменения курсовых углов от 0 до 180°.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что измерение дальности до судна производят в диапазоне от 50 до 10000 м.

10. Способ по п.1 или 7, отличающийся тем, что многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности предназначен для формирования фиксированных величин задержки строб-импульса на 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 м, определенных заданными характеристиками линии задержки.

11. Устройство радиолокационного измерения вибрации корпуса судна, состоящее из радиолокационного импульсного обнаружителя, в котором конструктивно объединены в одном корпусе антенное устройство и приемопередатчик, состоящий из приемника и передатчика; приемник включает последовательно соединенные смеситель, усилитель промежуточной частоты, фазовый детектор, видеоусилитель и усилитель низкой частоты, а передатчик содержит генератор СВЧ, выход которого соединен взаимной электрической связью с входом модулятора, другой выход генератора СВЧ через волноводный тракт параллельно соединен с антенным устройством и через когерентный гетеродин подключен ко второму входу фазового детектора; а антенное устройство через волноводный тракт соединено со смесителем приемника; выход усилителя низкой частоты соединен электрической связью с электронно-вычислительным устройством цифровой обработки сигналов через АЦП; приемник соединен с индикаторным устройством; причем в индикаторном устройстве первый выход системы измерения дальности соединен с входом усилителя низкой частоты, а второй ее выход и выход видеоусилителя приемника соединены совместной связью с входом электронно-лучевой трубки через параллельные каналы яркостной модуляции «А» и «В» с видеоусилителями соответственно, кроме того, в систему измерения дальности включены формирователь подвижного переменного строба, один вход которого соединен со счетчиком дальности, а второй вход соединен с первым выходом блока переключения и калибровки, второй выход которого соединен с входом формирователя запускающих импульсов, выход которого, в свою очередь, параллельно соединен с каналами яркостной модуляции «А» и «В» с видеоусилителями, кроме того, формирователь подвижного переменного строба включает генератор пилообразного напряжения, соединенный через узел сравнения параллельно с первым логическим элементом «НЕ», выход которого соединен с входом линии задержки и логическим элементом «И-НЕ», выход которого соединен с входом второго логического элемента «НЕ», отличающееся тем, что система измерения дальности использована с возможностью регулирования длительности строба дальности, для чего в ней выход формирователя подвижного переменного строба параллельно соединен с первым выходом и, через формирователь запускающих импульсов, с вторым выходом системы измерения дальности, кроме того, в формирователь подвижного переменного строба включен многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности, все входы которого соединены с соответствующими выходами линии задержки, а выход его соединен с входом логического элемента «И-НЕ».

12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в генераторе СВЧ использован двухсантиметровый диапазон длин волн.

13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что антенное устройство остронаправленного типа выполнено в виде рупорного облучателя и отражателя в форме усеченного параболоида вращения.

14. Устройство по п.11, отличающееся тем, что регулирование длительности строба дальности производят фиксирующим переключателем с возможностью формирования фиксированных величин задержки строб-импульса в интервале от 3 до 100 м.

15. Устройство по п.11 или 14, отличающееся тем, что многопозиционный фиксирующий переключатель длительности строба дальности выполнен с возможностью формирования фиксированных величин задержки строб-импульса 3; 4,5; 6; 7,5; 9; 10,5; 12; 100 м, определенных заданными характеристиками линии задержки.

16. Устройство по п.11, отличающееся тем, что электронное вычислительное устройство цифровой обработки сигналов, в виде персональной электронно-вычислительной машины, снабжено пакетом прикладных программ для спектрального анализа сигналов.

17. Устройство по п.11, отличающееся тем, что в усилителе промежуточной частоты и усилителе низкой частоты реализована низкочастотная фильтрация, при помощи фильтров нижних частот, с возможностью измерения инфразвукового диапазона вибрации.

18. Устройство по п.11, отличающееся тем, что система измерения дальности размещена в индикаторном устройстве, с возможностью измерения расстояния до исследуемого объекта.

19. Устройство по п.11 или 18, отличающееся тем, что в системе измерения дальности на вход блока переключения и калибровки подают импульс запуска от модулятора.

20. Устройство по п.11, отличающееся тем, что выход когерентного гетеродина подключен к входу смесителя.

21. Устройство по п.11 или 16, отличающееся тем, что ПЭВМ соединена с регистрирующим устройством с возможностью документирования обработанных данных.

22. Устройство по п.11, отличающееся тем, что со второго входа формирователя подвижного переменного строба, соединенного с блоком переключения и калибровки, производят запуск генератора пилообразного напряжения.

Images