донный тралоустойчивый автономный гидроакустический модуль

Формула изобретения

Донный тралоустойчивый автономный гидроакустический модуль, включающий вертикальную гидроакустическую антенну, состоящую из кабель-троса, плавучести и установленных на кабель-тросе гидрофонов и других датчиков, и донную часть модуля, в корпусе которой установлено оборудование подсистем сбора и предварительной обработки информации, подводной цифровой двусторонней акустической связи, непрерывного контроля работоспособности всех устройств модуля и подсистемы электропитания, отличающийся тем, что корпус донной части модуля состоит из двух усеченных конусов, при этом нижний усеченный конус обращен к донному грунту большим основанием, меньшим основанием стыкуется с верхним усеченным конусом и имеет угол наклона образующей 30-40°, а верхний усеченный конус стыкуется с нижним конусом своим большим основанием и имеет угол наклона образующей 10-20°, каждый из элементов, смонтированных на кабеле вертикальной антенны, имеет корпус, состоящий из цилиндра и двух конусов, обращенных своими основаниями к основаниям цилиндра и образующих с цилиндром одно целое, на верхнем усеченном конусе выполнен плавный переход от внутренней поверхности корпуса модуля к его наружной поверхности, на поверхности верхнего усеченного конуса модуля установлены ребра, имеющие высоту, равную два-три диаметра кабель-троса вертикальной антенны, модуль оснащен подсистемой географических координат модуля, осуществляющей устройством ввода координат ввод координат постановщика в момент отделения автономного модуля от корпуса постановщика, учет перемещений модуля на траектории погружения и уточнение положения модуля относительно других модулей.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к морской технике и может использоваться для построения автономных гидроакустических систем.

Известно техническое решение «Устройство для обнаружения источников звука в водной среде» (патент US № 5.412.622, 02.05.1995), где предложен автономный антенный модуль, имеющий в своем составе источник электропитания, средства сбора и обработки выходных сигналов гидрофонов, средства передачи обработанных сигналов по радиоканалу и средства фиксации отклонений от вертикали конструкции автономного антенного модуля, состоящей из плавучести, тросовых растяжек и жестких колец, на которых закреплены гидрофоны.

Известно техническое решение «Система распределенных антенных решеток» (патент US № 5.896.105, 20.04.1999), где для организации системы распределенных антенных решеток на суше с целью акустического наблюдения за полем боя на больших площадях используется большое количество автономных модулей, каждый из которых имеет в своем составе систему приема и обработки акустических сигналов, приемник сигналов от спутниковой системы позиционирования, которая также обеспечивает привязку к времени системы более высокого уровня всех процессов бортовых систем автономного модуля и его сообщений по радиоканалу. Указанный автономный модуль имеет в своем составе источник электропитания, передатчик и приемник радиочастотного диапазона, приемник спутниковой системы позиционирования и точного времени, а также бортовой компьютер.

Известно техническое решение «Система и метод для определения местоположения акустических событий» (патент US № 7.233.545 В2, 19.06.2007), где предложена система для определения расположения акустических событий в трехмерном пространстве. Такая система должна быть образована из автономных модулей, которые могут располагаться в воде, на суше или в воздухе. В связи с этой функциональной направленностью каждый автономный модуль в этой системе снабжен одним гидрофоном, одним микрофоном, приемопередатчиком для связи с системой позиционирования, источником электропитания, бортовым процессором для предварительной обработки данных от гидрофона и микрофона, а также для непрерывного отсчета внутреннего времени. Корпус модуля имеет форму цилиндра, в котором у одного из оснований закреплен балласт, а на другом основании цилиндра установлены антенны приемопередающих устройств.

Известно техническое решение «Система и метод защиты водных путей» (патент US № 6.850.173 В1. 01.02.2005), где предложена система, состоящая из множества подводных автономных узлов (модулей), каждый из которых устанавливается на дне акватории и включает в себя акустические детекторы и подводный акустический модем для передачи с высоким разрешением акустических данных по каналу связи с поверхностью или с другими подводными узлами.

Известно техническое решение «Морская автономная донная станция для сейсморазведки и сейсмологического мониторинга» (патент РФ № 2294000, 18.07.2005). Станция состоит из герметичного корпуса, внутри которого размещена геофизическая аппаратура, включающая измерительные датчики геофонного и гидрофонного типов, модули приема, регистрации, преобразования и хранения зарегистрированных сигналов, блоки сопряжения с бортовым модулем при всплытии, спутниковый и гидроакустический каналы связи, блок ориентации, блок синхронизации, блок управления размыкателем и блок питания. На внешней поверхности корпуса, состоящего из двух полусфер, установлены гидроакустическая и спутниковая антенны, средства для поиска донной станции при всплытии, такелажные элементы и разъемы, устройство постановки на дно и обеспечения всплытия донной станции, выполненное в виде якоря-балласта.

Известно техническое решение «Морская автономная донная станция для выполнения геофизических и геологоразведочных работ» (патент РФ № 2381530, 10.06.2008). Станция состоит из прочного герметичного корпуса, представляющего собой компактный металлический цилиндр. В нижней части корпус закрывается плоской крышкой-фланцем с уплотнительным кольцом и затягивается крепящими винтами и гайками. Внутри корпуса размещены аккумуляторы, датчики измерения сейсмического поля и электронная аппаратура. На внешней поверхности корпуса установлены гидроакустическая антенна, датчики измерения гидроакустического поля, средства для поиска станции при всплытии, устройство обеспечения погружения и всплытия. Электронная аппаратура состоит из блока регистрации, обработки и хранения сигналов от датчиков измерения сейсмического и гидроакустического полей и электронного блока управления акустической антенной, размыкателем, радиомаяком и проблесковым светодиодным маяком. Средства для поиска станции при всплытии представляют собой радиомаяк и проблесковый светодиодный маяк. Устройство обеспечения погружения и всплытия состоит из размыкателя, якоря-балласта, крепящих и спусковых стропов, плавучести. Корпус в комплекте с внутренней аппаратурой обладает отрицательной плавучестью.

Известно техническое решение «Морская автономная донная сейсмическая станция» (патент РФ № 2276388, 21.12.2004). Станция содержит установленный на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры и бортовой вычислительный модуль, установленный на борту судна. Носитель геофизической аппаратуры включает размещенные в герметичном сферическом контейнере, состоящем из двух полусфер, между которыми проложено уплотнительное резиновое кольцо, блок регистрации, блок определения ориентации, выполненный в виде датчиков наклона и азимута, блок синхронизации, выполненный в виде таймера, синхронизированного с хронометром, блок гидроакустического приемопередатчика, устройство управления размыкателем, соединенное с таймером и бортовым вычислительным модулем, блок питания; установленные снаружи герметичного контейнера гидроакустический датчик в виде гидрофона, гидроакустическую антенну, устройство постановки и снятия носителя геофизической аппаратуры с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателя, выполненного в виде электрохимического размыкателя, средство для поиска всплывшего носителя геофизической аппаратуры, выполненное в виде проблескового маяка. Блок регистрации включает трехкомпонентный сейсмоприемный модуль и накопитель измерительной информации. Гидроакустическая антенна через герметичный разъем подключена к входам блока гидроакустического приемопередатчика и устройства управления размыкателем. Якорь-балласт выполнен с полусферическим углублением для размещения контейнера с закреплением его посредством размыкателя. Бортовой вычислительный модуль содержит блок съема цифровой информации с накопителя измерительной информации, блок управления, блок гидроакустической связи с носителем геофизической аппаратуры, устройство синхронизации времени, устройство отображения. Якорь-балласт выполнен корзинообразной формы из арматурного каркаса, заполненного бетоном, в полусферическом углублении которого размещен поплавок, снабженный фалом. Один из датчиков наклона и азимута размещен на корпусе сейсмоприемного модуля в карданном подвесе. Другой датчик наклона и азимута установлен на корпусе геофизической аппаратуры. Дополнительно введен блок фильтров геофонов.

Известно техническое решение «Автономная донная сейсмическая станция "ЛАРГЕ"» (заявка РФ № 2003100185/28, 04.01.20034). Автономная донная сейсмическая станция (АДСС) содержит устанавливаемый на дне акватории глубоководный самовсплывающий носитель геофизической аппаратуры (НГА) и установленный на борту обеспечивающего судна бортовой вычислительный модуль (БВМ), причем НГА включает размещенные в герметичном сферическом контейнере блок регистрации, блок определения ориентации НГА, блок синхронизации, блок гидроакустического маяка, устройство управления размыкателями и блок питания, а также установленные снаружи герметичного контейнера гидрофон, антенну гидроакустического маяка, устройство постановки и снятия НГА с грунта дна, выполненное в виде якоря-балласта и закрепленное посредством размыкателей в нижней части НГА, и средства для поиска всплывшего НГА, выполненные в виде проблескового маяка и/или активного радиолокационного отражателя. Внутри герметичного контейнера НГА дополнительно размещен блок определения местоположения НГА при всплытии по сигналам спутниковой радионавигационной системы (СРНС), а снаружи контейнера установлена антенна СРНС, причем в рабочем положении АДСС на дне акватории антенна гидроакустического маяка и гидрофон размещены на верхней полусфере контейнера, антенна СРНС и средства для поиска всплывшего НГА размещены на нижней его полусфере, а блоки НГА размещены в контейнере так, что центр тяжести контейнера смещен в сторону антенны гидроакустического маяка для обеспечения переворота контейнера на 180° относительно вертикальной оси при его отрыве от якоря-балласта и всплытии на поверхность акватории. Блок регистрации включает трехкомпонентный (х, у, z) сейсмоприемный модуль (ТСМ) и накопитель измерительной информации (НИ), к первому входу НИ через последовательно соединенные усилитель, фильтр и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) подключен выход ТСМ, ко второму входу НИ через герморазъем и АЦП подключен выход гидрофона, к третьему входу НИ через АЦП подключены выходы блока определения ориентации НГА, к четвертому входу НИ подключен выход блока синхронизации, антенна гидроакустического маяка через герморазъем подключена к входам блока гидроакустического маяка и устройства управления размыкателями, антенна СРНС через герморазъем подключена к входу блока определения местоположения НГА при всплытии по сигналам СРНС. Блок определения ориентации НГА выполнен в виде датчиков наклона и азимута, например вертикального и горизонтального инклинометров или магнитного компаса. Блок синхронизации ИГА выполнен в виде таймера, синхронизированного с радиохронометром и сигналами СРНС перед установкой НГА на дно. Трехкомпонентный модуль ТСМ включает три геофона или три акселерометра для измерения компонент волнового поля по трем взаимно перпендикулярным осям х, у, z.

Перечисленные выше технические решения являются аналогами по отношению к заявляемому донному тралоустойчивому автономному гидроакустическому модулю в части приема и обработки гидроакустических сигналов и автономности функционирования.

Аналогами по отношению к заявляемому донному тралоустойчивому автономному гидроакустическому модулю в части тралоустойчивости являются технические решения, перечисленные ниже.

Известно техническое решение «Система защиты подводного устья сважины» (патент US № 4.919.210, 24.04.1990), где для защиты подводного устья неиспользуемой скважины от зацепов рыболовными сетями, тралами или якорями предложена система защиты конструкции устья в виде пирамиды включает в себя донный сейсмометр, гидрофизический модуль, датчик магнитного поля, блок оптических измерений, средства хранения информации, средства связи с диспетчерской станцией, датчик пространственной ориентации, радиобуй, балласт, размыкатель балласта, а также блок гидрохимических измерений, спектроанализатор, сейсмоакустический блок, блок гидроакустического телеуправления, блок контроля радиоактивного загрязнения, блок регистрации и управления, модем кабельной линии связи, которая накрывает конструкцию устья и крепится к морскому дну анкерными средствами.

Известно также техническое решение (патент US № 3.543.846, 01.12.1970), где для защиты подводного устья предлагается использовать железобетонную конструкцию в форме усеченного конуса.

Указанные выше аналоги не обеспечивают необходимую для проведения гидроакустических работ, тралоустойчивость модуля.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в обеспечении стабильной тралоустойчивости гидроакустического модуля.

Заявляемый донный тралоустойчивый автономный гидроакустический модуль оснащен подсистемами и устройствами, которые размещаются в корпусе донного модуля и на кабель-тросе вертикальной гидроакустической антенны и обеспечивают выполнение функций модуля.

На кабель-тросе вертикальной гидроакустической антенны размещаются:

- плавучесть, вытягивающая вертикальную антенну на полную ее длину;

- гидрофоны и другие датчики;

- приемопередающий блок акустической подводной связи.

В корпусе донного тралоустойчивого автономного гидроакустического модуля (рисунок 1, позиция 4) размещаются следующие подсистемы и устройства:

- подсистема сбора и предварительной обработки информации, поступающей от всех датчиков, установленных на вертикальной антенне. В состав данной подсистемы входит бортовой процессор для предварительной обработки информации и блок накопления информации, подготовленной для передачи по гидроакустическому каналу связи;

- подсистема географических координат модуля, состоящая из устройства ввода координат постановщика в момент отделения автономного модуля от корпуса постановщика, учета перемещений модуля на траектории погружения и уточнения положения модуля относительно других модулей;

- подсистема управления процессом функционирования и непрерывного контроля работоспособности всех устройств модуля;

- подсистема электропитания.

Кроме того, заявляемый донный тралоустойчивый автономный гидроакустический модуль имеет следующие особенности:

- корпус донной части модуля состоит из двух усеченных конусов, при этом нижний усеченный конус обращен к донному грунту большим основанием, меньшим основанием стыкуется с верхним усеченным конусом и имеет угол наклона образующей 30-40 градусов, а верхний усеченный конус стыкуется с нижним конусом своим большим основанием и имеет угол наклона образующей 10-20 градусов;

- каждый из элементов, смонтированных на кабеле вертикальной антенны, имеет корпус, состоящий из цилиндра и двух конусов, обращенных своими основаниями к основаниям цилиндра и образующих с цилиндром одно целое;

- на верхнем усеченном конусе выполнен плавный переход от внутренней поверхности корпуса модуля к его наружной поверхности;

- на поверхности верхнего конуса модуля установлены ребра, имеющие высоту, равную двум - трем диаметрам кабель-троса вертикальной антенны.

Заявляемый донный тралоустойчивый автономный гидроакустический модуль изображен на рисунке 1 в состоянии перед постановкой и на рисунке 2 в состоянии после постановки на донный грунт, где:

1 - плавучесть, гибко связанная с кабель-тросом вертикальной антенны;

2 - ребра, защищающие кабель-трос от разрушения элементами трала;

3 - верхняя поверхность корпуса модуля;

4 - верхний внутренний герметичный объем модуля для размещения приборного оборудования подсистем;

5 - внутренняя поверхность, разделяющая верхний и нижний внутренний объем корпуса модуля;

6 - поверхность нижнего конуса модуля;

7 - нижний внутренний объем модуля для размещения кабель-троса вертикальной антенны;

8 - мягкий пластиковый мешок для транспортировки кабель-троса вертикальной антенны;

9 - объем для размещения кабель-троса в транспортировочном положении;

10 - кабель-трос вертикальной антенны в развернутом положении;

11 - гидрофоны и другие датчики;

12 - приемопередающий блок подводной акустической связи.

Постановка заявляемого модуля выполняется надводным или подводным постановщиком. При отделении модуля от корпуса постановщика в подсистему географических координат модуля вводятся текущие географические координаты постановщика и включаются все подсистемы модуля. При попадании модуля в среду функционирования сам модуль, имея отрицательную плавучесть, погружается на дно акватории, а плавучесть (рисунок 1, позиция 1; рисунок 2, позиция 1), отделившись от корпуса модуля, всплывает, вытягивая вертикальную антенну (рисунок 2, позиция 10) на полную ее длину. При этом полностью освобождается мягкий пластиковый мешок для транспортировки кабель-троса вертикальной антенны (рисунок 1, позиция 8).