СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Российский патент 1998 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к области создания средств и способов освоения Мирового океана, а более конкретно к способам обнаружения гидроакустических сигналов, излучаемых подводными объектами.

Известен способ обнаружения гидроакустических сигналов, распространяющихся в водной среде, заключающийся в приеме сигналов гидроакустической антенной в строго определенной полосе частот и преобразовании их в электрические сигналы. (Справочник по гидроакустике. Под ред. А.Е. Колесникова. - Л: Судостроение, 1982, с. 135-139).

Известный способ обнаружения гидроакустических сигналов не позволяет обнаруживать гидроакустические сигналы вне полосы частот определяемой параметрами приемного устройства.

Кроме того, использование известного способа для приема широкополосного гидроакустического сигнала (сигналов) предопределяет понижение чувствительности приемных устройств (там же, с. 137).

Известно, что собственная резонансная частота приемных широкополосных гидроакустических антенн лежит вне полосы пропускания приемника, что обеспечивает равномерность частотной характеристики в широком диапазоне частот пронимаемых гидроакустических сигналов (Митько В.Б. Гидроакустические средства связи и наблюдения. - Л.: Судостроение, 1982, с. 70, 78). Зависимость чувствительности (М) на любой частоте и чувствительности (M_р) на резонансной частоте определяется формулой
,
где
Q - добротность антенны (Q=5-100).

Справочник по гидроакустике. Под ред. А.Е. Колесникова, - Л.: Судостроение, 1982, с. 135, 168.

Из уровня техники известен способ приема (обнаружения) гидроакустических сигналов, основанный на взаимодействии разночастотных колебаний в нелинейной среде, в результате которого возникают суммарные и разностные частоты взаимодействующих колебаний, в изменение частот взаимодействующих колебаний позволяет плавно перестраивать значение результирующей частоты в широких пределах, позволяя осуществлять прием на частоте основного резонанса акустического преобразователя (Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1980, с. 17-19, 54, 211-212).

Задачей изобретения является повышение чувствительности приема гидроакустических сигналов как в полосе частот, определяемой параметрами приемного устройства, так и вне ее.

Поставленная задача достигается тем, что для приема гидроакустических сигналов в широкой полосе частот с максимальной чувствительностью, в приемной гидроакустической антенне возбуждают электрические сигналы на частоте ее механического резонанса, чем обеспечивают максимальное значение снимаемых с обмотки антенны электрических сигналов.

Возбуждение электрических сигналов в приемной антенне на частоте F_p, производят за счет воздействия на нее двух сигналов, принимаемого сигнала частотой F, и сформированного дополнительного сигнала частотой F_г, которые удовлетворяют условию F_p=/F_г+F/. На приемной антенне, как механической колебательной системе, обладающей определенной нелинейностью, происходит взаимодействие двух гармонических колебаний с частотами F_г и F, т.е. сердечник антенны одновременно участвует в механических колебаниях с частотами F, F_г, /F_г-F/, /f_г+f/. (Яворский Б.М. и др. Основы физики. М.: Наука, т.2, 1972, с. 82, 100, 177; Яворский Б.М. и др. Справочник по физике - М.: Наука, 1980, с. 249, 261-263 111.13.5п. 2в; Аронов Л.М. и др. Основы гидроакустики, М.: МО, 1953, с. 282; Колесников Н.Г. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1988, с. 261).

Колебания сердечника антенны на резонансной частоте F_p, максимальны, а следовательно, максимален и электрический сигнал с частотой F_p, снимаемый с обмотки антенны.

Принимаемые гидроакустические сигналы как в полосе частот, определяемой параметрами приемного устройства, так и вне ее, преобразуют в сигналы с резонансной частотой гидроакустической антенны F_p, чем повышают чувствительность устройства в соответствии с формулой (1).

Так, например, для магнитострикционных гидроакустических приемных антенн, коэффициент нелинейности которых составляет порядка 0,1 при общем повышении чувствительности приемной антенны с использованием предлагаемого способа в Q= 100 раз, достигается положительный эффект в Q = 10 раз. (Яворский Б. М. и др. Справочник по физике.-М.: Наука, 1980 с, 261-263, Аронов Л. М. Основы гидроакустики. -М.: МО, 1953, с. 282). Предлагается в устройстве обнаружения гидроакустических сигналов, например в гидроакустических шумопеленгаторных станциях, дополнительно применять генератор перестраиваемой частоты (ГПЧ) и гидроакустический излучатель (ГИ), размещаемый вблизи приемной антенны гидроакустической станции (чертеж). Частота сигналов, формируемых генератором перестраиваемой частоты, выбирается удовлетворяющей условию
F_p = /F_г±F/
где
F_p - резонансная частота приемной антенны (выбирается из формуляра гидроакустической станции);
F - принимаемая частота гидроакустических сигналов объекта поиска (ОП)
С генератора перестраиваемой частоты электрические сигналы частотой F₁ поступают на гидроакустический излучатель. Сформированные на излучателе гидроакустические сигналы поступают на приемную антенну вместе с гидроакустическими сигналами с частотой F от объектов поиска.

Таким образом, приемная антенна работает на резонансной частоте, т.е. чувствительность ее максимальна, а следовательно, максимальная чувствительность усовершенствованного устройства обнаружения гидроакустических сигналов в целом по сравнению с традиционными, так как в последних прием осуществляется не на резонансной частоте.

Положительный эффект достигается также расширением возможностей средств обнаружения гидроакустических сигналов. Перестройка частоты генератора делает возможным обнаружением сигналов в практически неограниченном частотном диапазоне, и что особенно важно, при постоянстве максимальной чувствительности приемной антенны.

Предлагаемый способ позволяет.

1. Значительно повысить чувствительность существующих приемных магнитострикционных гидроакустических антенн применяемых в устройствах обнаружения гидроакустических сигналов, при поиске сигналов с частотами, лежащими вне динамического диапазона этих гидроакустических станций.

2. Расширить возможности гидроакустических станций по обнаружению сигналов практически во всем диапазоне частот, применяемых в гидроакустике.

3. Производить наращивание поисковых сил за счет привлечения носителей шумопеленгаторных станций, исключая ограничения, накладываемые рабочим диапазоном устанавливаемых на них гидроакустических станций.

4. Повысить вероятность обнаружения именно искомого сигнала за счет его выделения приемным трактом, как максимального, удовлетворяющего условию F_o= /F_г±F/ для конкретной гидроакустической станции.

Использование: предлагаемый способ относится к гидролокации и может быть использован для обнаружения сигналов в водной среде. Сущность изобретения: в гидроакустической антенне, обладающей определенной нелинейностью, возбуждают сигналы на частоте ее механического резонанса путем воздействия на нее обнаруживаемого и дополнительно сформированного сигналов, которые удовлетворяют условию F_р = F_г ± F, где F_р, F_г, F - частоты механического резонанса антенны, дополнительного и обнаруживаемого сигналов соответственно. 1 ил.

Способ обнаружения гидроакустических сигналов, распространяющихся в водной среде, включающий прием сигналов гидроакустической антенной, преобразование их в электрические сигналы и усиление в приемном устройстве, отличающийся тем, что излучают в направлении гидроакустической антенны дополнительный сигнал с частотой F_г, в качестве гидроакустической антенны используют антенну с определенной нелинейностью, а возбуждение электрических сигналов в гидроакустической антенне производят на частоте ее механического резонанса за счет совместного воздействия принимаемого сигнала с частотой F и дополнительного сигнала с частотой F_г, которые удовлетворяют условию F_р = F_г ± F.