СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЕННОСТИ ДВУХЭЛЕМЕНТНОЙ АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01S7/52 

Изобретение относится к гидроакустике, в частности, к антенным устройствам.

Известно техническое решение для сужения корреляционной акустической антенны [1]
Недостатком его является низкая угловая чувствительность.

Известен также способ и устройство [2] с более повышенной угловой чувствительностью по сравнению с описанными в [1]
Недостатком их также является низкая угловая чувствительность.

Сущность изобретения состоит в том, что характеристику направленности формируют по результатам сравнения квадратов мнимой и действительной частей взаимно корреляционной функции сигналов от элементов антенны.

Это достигается дополнительным включением операций возведения в квадрат и сравнения.

Каждый элемент антенны имеет характеристику направленности G(ψ). Сигналы на выходе элементов антенны можно записать в следующем виде:
e₁ aG(ψ) cos( ωt- Φ/2) (1)
e₂ aG(ψ) cos( ωt+ Φ/2) (2) где Φ разность фаз принятого сигнала двумя элементами.

Перемножив сигнал с элементов антенны, получим
e₁e₂= (cosΦ+cos2Φ) (3) примем Φ 1.

Перемножив сигнал с первого элемента антенны с комплексно-сопряженным сигналом второго элемента антенны (сигнал второго элемента антенны сдвигаем с помощью фазовращателя), получим
e₁e*2

= G²(ψ)cos(ωt-Φ/2+π/2)cos(ωt +Φ/2) [sinΦ+cos2ωt]
(4)
Полученные пpоцессы (3) и (4) подвергнем низкочастотной фильтрации, чтобы подавить член, содержащий удвоенную частоту. В результате получаем сигналы
cosΦ (5) sinΦ (6)
Прототип отбрасывает свойство направленности отдельных элементов, т.е. G(ψ), и формирует характеристику напpавленности в виде tgΦ Предлагается процессы (5) и (6) возвести в квадрат и сравнить их, в результате получим характеристику направленности (ХН)
XH cos- sin= [cos²Φ-sin²Φ] +cos2Φ
(7) или с учетом того же сигналы на выходе антенн отличаются по фазе Φ, что вызвано физическим разнесением элементов антенны и пространственным углом ψ между главной осью чувствительности антенны и направлением на цель и описывается выражением
Φ sinψ (8) получим
XH cossin
(9) где λ длина волны;
L расстояние между элементами антенны.

По прототипу
XH_п= tgΦ tgsin (10) Сравнивая (9) и (10) или проще (7) или tgΦ, видно, что предложенное техническое решение имеет большую угловую чувствительность за счет большой крутизны, которая достигается произведением не учитываемого у прототипа G(ψ ),возведенного в четвертую степень, а также косинусоиды с удвоенным аргументом (например, для Φ=30^о, tgΦ 0,57, а cos2 Φ cos 60^o 0,5).

На чертеже изображено устройство для осуществления способа.

Оно состоит из первого элемента 1 антенны, соединенного через последовательно включенные первый умножитель 3, первый 4 низкочастотный фильтр 4 и первый квадратор 5 с входом уменьшаемого блока 6 разности, вход вычитаемого данного блока 6 разности соединен через последовательно включенные второй квадратор 7, второй низкочастотный фильтр 8, второй умножитель 9 и фазовращатель 10 с выходом второго элемента 2 антенны и одновременно с вторым входом первого умножителя 3, кроме того, выход первого элемента 1 антенны соединен не только с первым входом первого умножителя 3, но и с вторым входом второго умножителя 9.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Сигналы от шумящей цели, принятые двумя элементами антенны, описываются выражениями (1) и (2). Первый умножитель 3 формирует процесс вида (3), а второй умножитель 9 формирует из сигнала от первого элемента 1 антенны и сигнала от второго элемента 2 антенны, но сдвинутого по фазе на π/2, процесс, описываемый выражением (4). После фильтрации в соответствующих фильтрах 4 и 8 на их выходах формируются процессы вида (5) и (6), которые поступают через квадраторы на блок 6 разности, на выходе которого формируется характеристика ХН вида (7) или точнее (9), которая имеет большую, чем у прототипа угловую чувствительность за счет четвертой степени от характеристики направленности элемента антенны, помноженной на косинус удвоенного аргумента, например цель отошла от данной направления антенны на угол ψ, в результате G(ψ) стал меньше единицы, а его четвертая степень значительно меньше единицы, кроме того, косинус удвоенного аргумента также имеет крутизну, превышающую крутизну прототипа (например,
tg 0,57, а cos cos 0,5 т.е. уже 0,5, а у прототипа еще 0,57). Произведение G⁴ ( ψ) на косинус удвоенного аргумента имеет крутизну (угловую чувствительность) значительно превышающую крутизну (угловую чувствительность) прототипа.

Использование: в гидроакустике. Сущность изобретения: построение характеристики направленности осуществляется путем сравнения квадратов мнимой и действительной частей взаимно корреляционной функции сигналов от элементов антенны. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования характеристики направленности двухэлементной антенны, содержащий определение взаимно корреляционно функции между сигналами первого и второго элементов антенны, а также определение взаимно корреляционной функции между сигналом первого элемента антенным и комплексно сопряженным сигналом от второго элемента антенны, отличающийся тем, что характеристика направленности формируется по результатам сравнения квадратов первой и второй взаимно корреляционных функций. 2. Устройство для формирования характеристики направленности двухэлементной антенны, содержащее первый элемент антенны, выход которого соединен через первый умножитель с первым низкочастотным фильтром, при этом второй вход первого умножителя соединен одновременно с выходом второго элемента антенны и входом фазовращателя, выход которого соединен через второй умножитель с входом второго низкочастотного фильтра, кроме того, выход первого элемента антенны дополнительно соединен с вторым входом второго умножителя, отличающееся тем, что выход первого низкочастотного фильтра соединен через первый квадратор с входом уменьшаемого блока разности, при этом вход вычитаемого блока разности соединен через второй квадратор с выходом второго низкочастотного фильтра.