Обеспечение безопасности плавания ТПЛ

Обеспечение безопасности плавания ТПЛ

 

Поскольку проблема построения ГАС ШП для ТПЛ является относительно новой, то был произведен обширный поиск литературы с 1995 г. соответствующему периоду использования ТПЛ. Поиск литературы производился среди таких источников как «РЖ «Акустика» - раздел гидроакустики, «РЖ «Радиофизика» - раздел акустические системы, в журналах «JASA», «See-technology», «Гидроакустика», «Судостроение» среди материалов конференций НСБ Проблемы прикладной гидроакустики и гидрофизики (1996-2010 гг.). Проведенный поиск позволил установить, что проблема безопасности плавания ТПЛ посвящено крайне мало статей, хотя в научном плане существование такой проблемы и пути ее решения были сформулированы еще 10 лет назад [3,4].

Следует отметить, что указанные исследования в части исследования ВЧ ГАС ШП ТПЛ производятся впервые. Поэтому при проведении исследований требуется выявить:

-  класс и параметры ТПЛ, наиболее подверженных риску столкновения с надводными судами;

-  предварительные данные о возможности размещения ГАС ШП на выбранных ТПЛ;

-  предварительные данные о диапазоне рабочих частот;

-  параметры используемой приемной антенны высокочастотной ГАС ШП;

-  возможность заимствования для высокочастотных ГАС ШП общих принципов построения низкочастотных ГАС ШП;

-  основные районы эксплуатации ТПЛ;

-  наиболее сложные гидролого-акустические характеристики возможных районов эксплуатации;

-  характер шумов в указанных районах и собственных акустических помех ГАС ШП;

-  параметры шумов надводных судов;

-  виды обработки сигнала, значения отношения сигнал / помеха, при котором будет приниматься решение об обнаружении цели, время накопления.

При проведении исследования необходимо определить дальности действия в различных гидролого-акустических условиях по используемым в отечественной промышленности программам расчета дальности обнаружения ГАС ШП, провести моделирование параметров обнаружения целей при различных режимах обработки и определить общую структуру высокочастотной ГАС ШП ТПЛ.

Нахождение ТПЛ в зоне действия интенсивного судоходства, а также источников береговых и надводных шумов, требует обеспечение хорошей разрешающей способности тракта обнаружения в горизонтальной плоскости, для чего необходимо провести исследования разрешения по пространству алгоритмов обработки принимаемой гидроакустической информации.

Принципы построения ГАС ШП

 

Вопросы применения высокочастотных ГАС ШП в настоящее время в современной гидроакустической технике совершенно не изучены. Кроме того по ряду источников можно сделать ошибочные выводы, что потребность использования высокочастотных станций ШП не актуальна [5]. Фактически, потребности использования ГАС для военной промышленности (требования увеличения дальности обнаружения) привели к тому, что вся современная гидроакустическая техника ШП стала использовать низкочастотный (НЧ) диапазон частот для максимальных дистанций обнаружения. Как правило, современные ГАС ШП используют диапазон частот от 0,3-0,6 до 5-8 кГц при использовании носовых антенн ШП и 0,01 - 3 кГц при применении гибких протяженных буксируемых антенн [5].

Использование низкочастотного диапазона пеленгования в ГАС ШП естественно потребовало увеличения апертуры приемных антенн ГАС ШП и, соответственно, массогабаритных характеристик всей ГАС. Фактически, к настоящему времени апертуры антенн ГАС ШП стали сопоставимы с шириной корпуса ПЛ в носовой оконечности, размеры антенн достигают 0,5…0,8 диаметра корпуса и 0,2-0,5 длины борта [5].

То есть в целом в современной гидроакустике подход по построению ГАС ШП характеризуется:

-  уходом в область НЧ и увеличением габаритов антенн практически до габаритов носителя;

-  использованием такихширокоапертурных НЧ антенн ГАС ШП для обнаружения ПЛ и НК, как в ближней, так и в дальней зонах;

-  совмещением на базе широкоапертурных НЧ антенн ГАС ШП задач военного назначения и части задач обеспечения навигационной безопасности плавания;

-  полным отсутствием применения ГАС ШП в диапазоне выше 8…9 кГц.

Для обеспечения освещения ближней обстановки в высокочастотном диапазоне используются только активные ГАС навигации и миноискания [5]. При этом современные активные ГАС военного назначения при обзоре пространства в пределах 1-3 км потребляют от 1 до 40 КВт электроэнергии. Также, в указанных системах для увеличения качества обнаружения в ближней зоне разработчики стремятся увеличивать апертуру антенны, например, на атомная ПЛ Вирджиния носовая цилиндрическая активная высокочастотная ГАС миноискания и обзора ближней обстановки была увеличена в диаметре до 3,5-4,5 м.

Для обеспечения навигационной безопасности ТПЛ в настоящее время используются и то не всегда, только сверх высокочастотные активные ГАС ближнего обзора с рабочими частотами 400 - 1000 кГц в основном типа ГАС «ColorImage» с дистанциями обнаружения донных препятствий до 20-30 м. в секторе около 60-90 град. Какие-либо научные разработки о достаточности такого подхода в обеспечении навигационной безопасности плавания отсутствуют. Мало того организации разработчиков ТПЛ с водоизмещением свыше 1000 т, предлагают просто ограничиваться применением однолучевой курсовой ГАС.

В целом можно утверждать, что тенденция использования высокочастотного диапазона для обеспечения навигационной безопасности плавания ограничена областью активных ГАС обзора ближней обстановки, характеризующихся:

-  увеличением габаритов антенн и мощности излучаемых сигналов;

-  совместным использованием широко апертурных антенн для решения задач военного назначения (обнаружения мин и торпед в активном режиме) и задач обеспечения навигационной безопасности плавания (обнаружения надводных судов, айсбергов, подводных скал и рифов, подводных лодок) на дистанциях 1,5…2,5 км.

При рассмотрении данных материалов, казалось бы, можно сделать вывод о неэффективности использования высокочастотных станций ШП, в связи с отсутствием их применения в настоящее время. Очевидным образом возникает вопрос, имеют ли ГАС ШП высокочастотного диапазона какие-либо перспективы применения.

Заключение

сигнал плавание пеленгование гидроакустический

Результаты проведенной работы показывают перспективность применения на автономных ТПЛ с водоизмещением свыше 500 тонн относительно малогабаритных ВЧ ГАС ШП с одновременным использованием аддитивной и двух вариантов мультипликативной обработки, которые обеспечивают возможность обнаружения НК на дистанциях до 2,6 км в мелких морях при сложных гидролого-акустических условиях.

В работе определены приемлемые для размещения на ТПЛ технические габаритные размеры забортной аппаратуры (антенн), которые могут уточняться, на базе примененных в исследовании методов в зависимости от конкретного проекта ТПЛ и выбрана структурная схема облика ВЧ ГАС ШП.

Показано, что внедрение ГАС ШП на ТПЛ обеспечивает резерв по времени на принятие решения по уклонению от столкновения с НК от 1,2 до 15,6 мин, в зависимости от скорости движения надводного судна и характера гидролого-акустических условий.

Получены оценки разрешающей способности для трёх алгоритмов формирования ПК при наличии на входе двух сигналов различных уровней. По полученным результатам сделан вывод об эффективности мультипликативного алгоритма формирования ПК для решения задач обеспечения безопасности ТПЛ. А так же проведено визуальное сравнение индикаторных картин, полученных при различных алгоритмах формирования веера ПК, в том числе и на фоне некоррелированной по пространству помехи.

Определены возможные направления дальнейших исследований по анализу характеристик ВЧ ГАС ШП.

 

   
Список литературы

 

1. http://www.korabel.ru/equipment/item_view/347622.html;

2. http://www.ussubmarines.com/submarines/luxury.php3;

3. Железный В.Б., Островский Д.Б., Сапега А.В., Ярыгин В.А. Проблема обеспечения навигационной безопасности плавания туристических подводных лодок // Труды Шестой межд. конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики - ГА-2002». СПб., 2002 г.;

4. N.E. Gorlanov, D.B. Ostrovsky, A.V. Sapega, V.A. Yarygin, V.B. Zhelezny. Estimation of short-range sonar capabilities in navigation safety // 2^nd Intern. Conf. «Navy and Shipbuilding Nowadays» - NSN’2001, 4-6.12.2001. St.-Petersburg, 2001 г.;

5. Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника - Санкт-Петербург, «Наука», 2004 г.;

6. Allan V. Oppenheim. Applicashionsof Digital Signal Processing, Prentice-Hall? Inc., Engleewood Cliffs, New Jersey, 1978;

7. Fakley D.C. Time Averaged Product Array, JASA, 31,1959;

8. Роберт Дж. Урик. Основы гидроакустики / Перевод с англ. - Л.: Судостроение, 1978 г.;

.   Андрианова М.С., Чернова А.С. Первичная оценка возможности использования гидроакустических станций шумопеленгования на туристических подводных лодках // Тр. Второй молодежной конф. «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб, 2011 г.;

.   Колчеданцев А.С. Гидроакустические станции - Л.: Судостроение, 1982 г.;

.   Евтютов А.П., Митько В.Б. Инженерные расчеты в гидроакустике, 2-е изд. - Л.: Судостроение, 1988 г.;

.   Тебякин В.П. и др. Raymod52 - базовый комплекс программ для вычисления звуковых полей в слоисто-неоднородном океане лучевым методом // Отчет АКИН. М.: АКИН, 1990.

.   Ануфриев И.Е., Смирнов А.Б., Смирнова Е.Н. MATLAB 7 - СПб.: БХВ-Петербург, 2005 г.;

.   Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов, 3-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2011 г.;

.   Ильин В.А., Позняк Э.Г. Аналитическая геометрия. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2002 г.

Обеспечение безопасности плавания ТПЛ

 

Поскольку проблема построения ГАС ШП для ТПЛ является относительно новой, то был произведен обширный поиск литературы с 1995 г. соответствующему периоду использования ТПЛ. Поиск литературы производился среди таких источников как «РЖ «Акустика» - раздел гидроакустики, «РЖ «Радиофизика» - раздел акустические системы, в журналах «JASA», «See-technology», «Гидроакустика», «Судостроение» среди материалов конференций НСБ Проблемы прикладной гидроакустики и гидрофизики (1996-2010 гг.). Проведенный поиск позволил установить, что проблема безопасности плавания ТПЛ посвящено крайне мало статей, хотя в научном плане существование такой проблемы и пути ее решения были сформулированы еще 10 лет назад [3,4].

Следует отметить, что указанные исследования в части исследования ВЧ ГАС ШП ТПЛ производятся впервые. Поэтому при проведении исследований требуется выявить:

-  класс и параметры ТПЛ, наиболее подверженных риску столкновения с надводными судами;

-  предварительные данные о возможности размещения ГАС ШП на выбранных ТПЛ;

-  предварительные данные о диапазоне рабочих частот;

-  параметры используемой приемной антенны высокочастотной ГАС ШП;

-  возможность заимствования для высокочастотных ГАС ШП общих принципов построения низкочастотных ГАС ШП;

-  основные районы эксплуатации ТПЛ;

-  наиболее сложные гидролого-акустические характеристики возможных районов эксплуатации;

-  характер шумов в указанных районах и собственных акустических помех ГАС ШП;

-  параметры шумов надводных судов;

-  виды обработки сигнала, значения отношения сигнал / помеха, при котором будет приниматься решение об обнаружении цели, время накопления.

При проведении исследования необходимо определить дальности действия в различных гидролого-акустических условиях по используемым в отечественной промышленности программам расчета дальности обнаружения ГАС ШП, провести моделирование параметров обнаружения целей при различных режимах обработки и определить общую структуру высокочастотной ГАС ШП ТПЛ.

Нахождение ТПЛ в зоне действия интенсивного судоходства, а также источников береговых и надводных шумов, требует обеспечение хорошей разрешающей способности тракта обнаружения в горизонтальной плоскости, для чего необходимо провести исследования разрешения по пространству алгоритмов обработки принимаемой гидроакустической информации.

Принципы построения ГАС ШП

 

Вопросы применения высокочастотных ГАС ШП в настоящее время в современной гидроакустической технике совершенно не изучены. Кроме того по ряду источников можно сделать ошибочные выводы, что потребность использования высокочастотных станций ШП не актуальна [5]. Фактически, потребности использования ГАС для военной промышленности (требования увеличения дальности обнаружения) привели к тому, что вся современная гидроакустическая техника ШП стала использовать низкочастотный (НЧ) диапазон частот для максимальных дистанций обнаружения. Как правило, современные ГАС ШП используют диапазон частот от 0,3-0,6 до 5-8 кГц при использовании носовых антенн ШП и 0,01 - 3 кГц при применении гибких протяженных буксируемых антенн [5].

Использование низкочастотного диапазона пеленгования в ГАС ШП естественно потребовало увеличения апертуры приемных антенн ГАС ШП и, соответственно, массогабаритных характеристик всей ГАС. Фактически, к настоящему времени апертуры антенн ГАС ШП стали сопоставимы с шириной корпуса ПЛ в носовой оконечности, размеры антенн достигают 0,5…0,8 диаметра корпуса и 0,2-0,5 длины борта [5].

То есть в целом в современной гидроакустике подход по построению ГАС ШП характеризуется:

-  уходом в область НЧ и увеличением габаритов антенн практически до габаритов носителя;

-  использованием такихширокоапертурных НЧ антенн ГАС ШП для обнаружения ПЛ и НК, как в ближней, так и в дальней зонах;

-  совмещением на базе широкоапертурных НЧ антенн ГАС ШП задач военного назначения и части задач обеспечения навигационной безопасности плавания;

-  полным отсутствием применения ГАС ШП в диапазоне выше 8…9 кГц.

Для обеспечения освещения ближней обстановки в высокочастотном диапазоне используются только активные ГАС навигации и миноискания [5]. При этом современные активные ГАС военного назначения при обзоре пространства в пределах 1-3 км потребляют от 1 до 40 КВт электроэнергии. Также, в указанных системах для увеличения качества обнаружения в ближней зоне разработчики стремятся увеличивать апертуру антенны, например, на атомная ПЛ Вирджиния носовая цилиндрическая активная высокочастотная ГАС миноискания и обзора ближней обстановки была увеличена в диаметре до 3,5-4,5 м.

Для обеспечения навигационной безопасности ТПЛ в настоящее время используются и то не всегда, только сверх высокочастотные активные ГАС ближнего обзора с рабочими частотами 400 - 1000 кГц в основном типа ГАС «ColorImage» с дистанциями обнаружения донных препятствий до 20-30 м. в секторе около 60-90 град. Какие-либо научные разработки о достаточности такого подхода в обеспечении навигационной безопасности плавания отсутствуют. Мало того организации разработчиков ТПЛ с водоизмещением свыше 1000 т, предлагают просто ограничиваться применением однолучевой курсовой ГАС.

В целом можно утверждать, что тенденция использования высокочастотного диапазона для обеспечения навигационной безопасности плавания ограничена областью активных ГАС обзора ближней обстановки, характеризующихся:

-  увеличением габаритов антенн и мощности излучаемых сигналов;

-  совместным использованием широко апертурных антенн для решения задач военного назначения (обнаружения мин и торпед в активном режиме) и задач обеспечения навигационной безопасности плавания (обнаружения надводных судов, айсбергов, подводных скал и рифов, подводных лодок) на дистанциях 1,5…2,5 км.

При рассмотрении данных материалов, казалось бы, можно сделать вывод о неэффективности использования высокочастотных станций ШП, в связи с отсутствием их применения в настоящее время. Очевидным образом возникает вопрос, имеют ли ГАС ШП высокочастотного диапазона какие-либо перспективы применения.