ПОРТАТИВНЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ШУМОПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2001 года по МПК G01S3/82 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для поиска подводных целей аквалангистами и различными легкими автономными плавсредствами.

Известен портативный волоконно-оптический шумопеленгатор (1), принятый за прототип, содержащий оптически согласованные в интерферометр Цендера - Маха когерентный источник света, например светодиод, опорную и две последовательно соединенные предметные волоконные катушки, намотанные на цилиндрическую подложку, фазодвигающее устройство и фотоприемник, например фотодиод. Первая предметная катушка расположена на известном расстоянии от опорной волоконной катушки, а выход фотоприемника подключен через усилитель вторичной аппаратуры к индикатору шума.

Кроме того, прототип содержит еще три волоконные катушки, которые все вместе соединены в интерферометр и образуют три приемника, градиента звукового давления, разнесенных диаграммами направленности по декартовой системе координат. Известный шумопеленгатор содержит также устройства модуляции сигналов в предметных катушках на различные частоты и систему демодуляции на выходе фотоприемника.

Звуковые волны от цели, воздействуя на приемники градиента звукового давления, вызывают появление трех разночастотных сигналов на выходе фотоприемника, по которым определяют местоположение цели.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая точность определения координат цели. Данный недостаток связан с наличием технического противоречия в известном шумопеленгаторе. Если характеристики направленности приемников градиента давления будут достаточно острыми, то появляются "мертвые зоны" в определении пространственных координат цели, а если достаточно широкими и пересекающимися, то снижается точность определения координат цели по разнице разночастотных сигналов.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является повышение точности определения пространственных координат цели, портативным волоконно-оптическим шумопеленгатором.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном портативном волоконно-оптическом шумопеленгаторе, содержащем оптически согласованный в интерферометр когерентный источник света, опорную и две последовательно соединенные предметные волоконные катушки, намотанные на цилиндрическую подложку, фазосдвигающее устройство и фотоприемник, при этом первая предметная катушка расположена на известном расстоянии от опорной волоконной катушки, а выход фотоприемника подключен через усилитель вторичной аппаратуры к индикатору, вторая предметная волоконная катушка намотана на ту же цилиндрическую подложку, что и первая волоконная катушка, и расположена на известном расстоянии от нее, а опорная волоконная катушка снабжена смещаемым акустическим экраном с исполнительным устройством, при этом вторичная аппаратура дополнительно включает в себя два коррелятора, устройство управления и электронный переключатель, причем выход усилителя подключен ко входу электронного переключателя, два выхода которого соединены со входами первого и второго корреляторов, а управляемый вход электронного переключателя соединен с устройством управления, выход которого также подключен к исполнительному устройству смещаемого акустического экрана, а выходы обоих корреляторов подключены к индикатору.

На фиг. 1 представлены оптическая схема шумопеленгатора и блок-схема его вторичной аппаратуры; на фиг. 2 - конструктивная схема шумопеленгатора и его диаграммы направленности в различных режимах работы; на фиг. 3 - схема, поясняющая принцип работы шумопеленгатора. Портативный волоконно-оптический шумопеленгатор содержит оптически согласованные в интерферометр (на фигуре в интерферометр Цендера-Маха) когерентный источник света, например, светодиод 1, опорную 2 и две последовательно соединенные предметные волоконные катушки 3 и 4 (фиг.1,2). В одном из плеч интерферометра имеется фазосдвигающее устройство 5. На выходе интерферометра расположен фотоприемник 6, выполненный в виде светодиода.

Предметные и опорная катушки 3, 4 и 5 намотаны на цилиндрическую подложку 7 (фиг. 2). При этом волоконные катушки 3, 4 расположены на известном расстоянии X₁ друг от друга, а волоконная катушка 2 расположена на известном расстоянии X₂ от волоконной катушки 3.

Имеется также акустический экран 8, выполненный с возможностью смещения вдоль цилиндрической подложки 7 относительно опорной волоконной катушки 2. В одном положении акустического экрана 8 (фиг. 2а) волоконная катушка 2 закрыта от воздействия акустических волн, в другом (фиг. 2б) открыта для взаимодействия с ними.

Положение акустического экрана 8 изменяется с помощью исполнительного устройства (не показано), выполненного в простейшем случае в виде пружинного механизма.

Вторичная аппаратура шумопеленгатора включает в себя усилитель 9, подключенный к выходу фотоприемника 6, электронный переключатель 10, устройство 11 управления положением акустического экрана 8, два коррелятора 12, 13 и индикатор, выполненный, например, в виде телефона 14 и стрелочного прибора 15.

Линия задержки коррелятора 12 настроена на время задержки τ₁ = X₁/C, где C - скорость звука, а линия задержки коррелятора 13 настроена на время задержки τ₂ = X₂/C.

В простейшем случае устройство управления выполнено виде пусковой электрокнопки, подающей командный импульс от источника тока (не показано) на электронный переключатель. А тот в свою очередь переключает корреляторы 12, 13 в зависимости от положения акустического экрана 8.

Все блоки вторичной аппаратуры - светодиод и фотодиод, а также фазосдвигающее устройство 5 располагают внутри подложки 7. Волоконные катушки 2, 3, 4 контактируют с водной средой. Шумопеленгатор работает следующим образом.

В первоначальном положении акустический экран 8 расположен так, как показано на фиг. 2а. В этом случае опорная катушка 2 изолирована от воздействия акустических волн и шумопеленгатор работает как волоконно-оптический гидрофон с широкой диаграммой 16 направленности (фиг. 2в).

Широкая диаграмма 16 направленности позволяет быстро обнаружить шумящую цель без длительного сканирования подложки 7. Для выделения полезного акустического сигнала на фоне гидрофизических помех применена корреляционная (временная) фильтрация сигналов. Акустический сигнал в воде распространяется со скоростью, на три порядка превышающей скорость распространения гидрофизических помех. В связи с чем время задержки коррелятора 12 задается равной времени распространения звука от волоконной катушки 4 до волоконной катушки 3.

Поскольку диаграмма направленности 16 гидрофона широкая, то пространственные координаты шумящей цели будут определяться по максимуму сигнала не совсем точно. Для уточнения координат цели интерферометр 1...6 переводят в режим работы приемника градиента давления с узкой диаграммой 17 направленности (фиг. 2в). Для этого с помощью устройства 14 управления смещают акустический экран 8 относительно опорной катушки 2 (фиг. 2б).

Одновременно электронный переключатель 10 (фиг. 1) подключает к усилителю 9 корректор 13 с линией задержки на τ₂ = X₃/C.

Ножевая диаграмма 17 направленности приемника градиента давления позволяет точно определить координаты цели по максимуму сигнала. При этом сканирование подложки 7 проводится в сравнительно небольшом углу α₁ (фиг. 2в), поскольку предварительный поиск цели уже произведен с помощью волоконно-оптического гидрофона.

При этом настройка рабочей точки интерферометра с помощью фазосдвигающего устройства 5 перед началом работы шумопеленгатора в режимах гидрофона и приемника градиента давления осуществляется обычным образом, например, по максимуму шумового сигнала на выходе интерферометра. Если подводная цель 18 не шумит, то для работы волоконно-оптического шумопеленгатора в обследуемую акваторию 19 опускают источник 20 тонального звука (фиг. 3).

Используя описанные выше принципы, аквалангист 21, оснащенный волоконно-оптическим шумопеленгатором 22, надежно выходит на подводную цель 18. При этом, как описано выше, шумопеленгатор 22 сначала работает в режиме с широкой диаграммой направленности, затем в режиме с узкой диаграммой направленности.

Это позволяет достичь поставленный технический результат - повысить точность определения пространственных координат цели, не усложняя конструкции шумопеленгатора.

Источники информации
1. Патент N 2105992 РФ, кл. G 01 S 3/80, 1995.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для подводных целей аквалангистами и различными легкими автономными плавсредствами. Существо изобретения заключается в том, что волоконно-оптический интерферометр, содержащий опорную и две последовательно соединенные предметные волоконные катушки, сначала переводят в режим работы гидрофона с широкой диаграммой направленности, а затем, после предварительного нахождения цели, в режим работы приемника градиента давления с узкой диаграммой направленности. Это позволяет повысить точность определения пространственных координат подводной цели, что является достигаемым техническим результатом. 3 ил.

Портативный волоконно-оптический шумопеленгатор, содержащий оптически согласованные в интерферометр когерентный источник света, опорную и две последовательно соединенные предметные волоконные катушки, намотанные на цилиндрическую подложку, фазосдвигающее устройство и фотоприемник, а также вторичную аппаратуру, включающую в себя усилитель, подключенный к выходу фотоприемника, и индикатор, при этом первая предметная волоконная катушка интерферометра расположена на известном расстоянии от его опорной волоконной катушки, отличающийся тем, что вторая предметная волоконная катушка интерферометра расположена на известном расстоянии от его первой предметной волоконной катушки, а опорная волоконная катушка снабжена смещаемым акустическим экраном с исполнительным устройством, при этом вторичная аппаратура дополнительно включает в себя два коррелятора, устройство управления и электронный переключатель, причем выход усилителя вторичной аппаратуры подключен ко входу электронного переключателя, два выхода которого соединены со входами первого и второго корреляторов, а управляемый вход электронного переключателя соединен с устройством управления положением смещаемого акустического экрана, выход которого также соединен с исполнительным устройством смещаемого акустического экрана, а выходы обоих корреляторов вторичной аппаратуры подключены к индикатору.