ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПРИЕМОИЗЛУЧАЮЩИЙ ТРАКТ Российский патент 2012 года по МПК G01S7/52 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке гидроакустических локационных систем (гидролокаторов, рыбопоисковых систем, эхолотов). Преимущественная область использования - гидроакустика.

В зависимости от условий лоцирования часто возникает необходимость расширения характеристики направленности гидроакустических локационных систем. Особенно остро стоит этот вопрос при отсутствии системы стабилизации антенны локатора от качки, что характерно для рыбопоисковых станций.

Известен способ расширения характеристики направленности антенны (ХН) - это отключение части каналов антенны. Гидроакустический приемоизлучающий тракт, использующий данный способ, содержит: блок управления, соединенный с блоком индикации, основным усилителем, а также с последовательно соединенными синтезатором, усилителем мощности, коммутатором, блоком переключений и антенной; второй выход коммутатора через последовательно соединенные предварительный усилитель, смеситель, основной усилитель и аналого-цифровой преобразователь (АЦП) соединен с блоком индикации. Блок управления также соединен с блоком переключений, а синтезатор - со смесителем [1-3]. Управляющий сигнал с блока управления поступает на вход синтезатора, и синтезатор вырабатывает зондирующий сигнал, который после усиления через коммутатор и блок переключения поступает на акустическую антенну. В зависимости от требуемой ширины направленности антенны зондирующий сигнал поступает на все или на часть секций антенны. Эхосигналы принимаются той же антенной (или ее частью) и через блок переключения, коммутатор, предварительный усилитель, смеситель, основной усилитель и АЦП подаются на блок индикации, на второй вход которого поступают сигналы с блока управления. С выхода синтезатора на второй вход смесителя поступает сигнал гетеродина. С блока управления на второй вход основного усилителя поступают сигналы выбирающие режим работы блоков «отсечка», «сигнализатор опасных глубин», ВАРУ (временная автоматическая регулировка усиления) и других.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что при отключении части секций антенны расширяется ширина диаграммы направленности, уменьшается коэффициент концентрации антенны, снижается амплитуда звукового давления в отношение (n-n_откл)/n, где n - количество секций антенны, n_откл -количество отключенных секций, уменьшается отношение сигнал/шум (Uc/ξш), что приводит к уменьшению дальности лоцирования.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: блок управления, синтезатор, усилитель мощности, коммутатор, антенна, предварительный усилитель, смеситель, основной усилитель, АЦП, блок индикации.

Другим способом расширения диаграммы направленности антенны является введение фазового распределения по ее секциям [4]. Устройство, реализующее данный способ содержит: блок управления, синтезатор, n каналов, состоящий каждый из усилителя мощности, коммутатора, секции антенны и предварительного усилителя, сумматор, смеситель, основной усилитель, АЦП и блок индикации. Синтезатор вырабатывает n зондирующих сигналов с заданной величиной начальной фазы. Эти сигналы усиливаются и через коммутаторы поступают на секции антенны, излучающие в заданный сектор среды лоцирования акустический сигнал. Эхосигналы принимаются секциями антенны, усиливаются, суммируются и поступают на вход смесителя, на второй вход которого с синтезатора поступает «сигнал гетеродина». С выхода смесителя сигнал поступает на основной усилитель, затем на АЦП, а с его выхода - на блок индикации.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что введение фазового распределения для расширения диаграммы направленности антенны увеличивает уровень боковых лепестков, снижает амплитуду звукового давления и величину принятого сигнала в отношение , где K_Δy - коэффициент концентрации при фазовом распределении, K₀ - коэффициент концентрации антенны при синфазном распределении, ухудшает отношение сигнал/шум (Uc/ξш), что приводит к уменьшению дальности лоцирования [5].

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: блок управления, синтезатор, n усилителей мощности, n коммутаторов, антенна, n предварительных усилителей, сумматор, смеситель, основной усилитель, АЦП, блок индикации.

Задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей локатора, использующего заявляемый гидроакустический приемоизлучающий тракт.

Технический результат достигается тем, что в гидроакустический приемоизлучающий тракт, содержащий сумматор, смеситель и блок управления, соединенный со вторыми входами основного усилителя и блока индикации, а также с синтезатором, выходы которого соединены со вторым входом смесителя, а также через n каналов, состоящих каждый из последовательно соединенного усилителя мощности и коммутатора с n секциями акустической антенны; вторые выходы коммутаторов соединены с n предварительными усилителями, первый вход блока индикации соединен с выходом АЦП, вход которого соединен с выходом основного усилителя, дополнительно введены (n-1) смесителей, их вторые входы соединены с выходами синтезатора, а первые входы соединены с выходами предварительных усилителей; выходы смесителей через фильтры и фазовращатели соединены с n входами сумматора, выход которого соединен с входом основного усилителя и с экстрематором, выходы которого соединены с управляющими входами n фазовращателей.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 показана функциональная схема устройства.

Гидроакустический приемоизлучающий тракт содержит: блок управления 1, соединенный со вторыми входами блока индикации 2 и основного усилителя 3, а также с синтезатором 4, выходы которого соединены со вторыми входами n смесителей 5-6, а также через n каналов, состоящих каждый из последовательно соединенного усилителя мощности 7-8 и коммутатора 9-10, с n секциями акустической антенны 11; вторые выходы коммутаторов 9-10 соединены через предварительные усилители 12-13 с первыми входами смесителей 5-6, выходы которых через фильтры 14-15 и фазовращатели 16-17 соединены с n входами сумматора 18, выход которого соединен через основной усилитель 3 и АЦП 19 с первым входом блока индикации 2, а также с экстрематором 20, выходы которого соединены с управляющими входами n фазовращателей 16-17.

Блок управления 1 вырабатывает управляющие сигналы U1-U3, поступающие на вторые входы блока индикации 2 и основного усилителя 3, а также на вход синтезатора 4. Эти сигналы в блоке индикации 2 задают начало цикла лоцирования, в основном усилителе 3 определяют режим работы блоков «отсечка», «сигнализатор опасных глубин», ВАРУ (временная автоматическая регулировка усиления) и других, в синтезаторе 4 задают параметры зондирующего сигнала. Синтезатор 4 вырабатывает радиоимпульсные сигналы U4 и U5, с частотами fl и f2, находящимися в рабочей области частот акустической антенны 11. Частоты f1 и f2 могут быть одинаковыми (при лоцировании с узкой диаграммой направленности) и разными (при лоцировании с широкой диаграммой направленности). Эти сигналы усиливаются усилителями мощности 7-8 и через коммутаторы 9-10 поступают на секции акустической антенны 11. Если частоты сигналов U4 и U5 одинаковы, то все секции антенны 11 работают синфазно и узкая диаграмма направленности антенны определяется суммарным размером всех секций антенны [4]. При разных частотах сигналов каждая секция антенны работает самостоятельно на своей частоте, находящейся в рабочей полосе частот антенны, и излучение осуществляется каждой секцией (или сочетанием секций) с широкой диаграммой направленности, определяемой размерами секции антенны (или их сочетанием).

Эхосигналы принимаются той же акустической антенной, и соответствующие им электрические сигналы со вторых выходов коммутаторов 9-10 подаются на входы предварительных усилителей 12-13 и после усиления на входы смесителей 5-6, на вторые входы которых с синтезатора 4 поступают «сигналы гетеродина» U6 и U7 с частотами f1+f0 и f2+f0. На выходах смесителей 5-6 формируются сигналы U8 и U9 с комбинационными частотами входных сигналов, в том числе и с компонентой, имеющей частоту f0. Эти компоненты сигналов U8 и U9 выделяются фильтрами 14-15 и через фазовращатели 16-17 подаются на входы сумматора 18. С выхода сумматора 18 сигнал U10 подается на экстрематор 20, управляющие сигналы с выходов которого поступают на управляющие входы фазовращателей 16-17 и изменяют фазу каждого эхосигнала U8-U9 таким образом, чтобы суммирование реализаций каждого эхосигнала выполнялось в фазе, что соответствует максимальному уровню сигналов U10. То есть для сигналов будет справедливо выражение U10=U8+U9. Уровень помех на выходе сумматора будет определяться их энергиями, так как суммируемые реализации помех некоррелированы. Для уровня суммы реализаций помех получим

ξ10=(ξ8²+ξ9²)^1/2.

На выходе сумматора получим выигрыш в отношении сигнал/шум в n^1/2 раз, где n - количество суммируемых реализаций сигналов и помех. Это позволяет компенсировать уменьшение отношения сигнал/шум, имеющее место при расширении диаграммы направленности акустической антенны.

Таким образом, в предлагаемом устройстве в результате введения в устройство, содержащее сумматор, смеситель и блок управления, соединенный со вторыми входами основного усилителя и блока индикации, а также с синтезатором, выходы которого соединены со вторым входом смесителя, а также через n каналов, состоящих каждый из последовательно соединенного усилителя мощности и коммутатора с n секциями акустической антенны; вторые выходы коммутаторов соединены с n предварительными усилителями, первый вход блока индикации соединен с выходом АЦП, вход которого соединен с выходом основного усилителя, в результате дополнительного введения (n-1) смесителей их вторые входы соединены с выходами синтезатора, а первые входы соединены с выходами предварительных усилителей; выходы смесителей через фильтры и фазовращатели соединены с n входами сумматора, выход которого соединен с входом основного усилителя и с экстрематором, выходы которого соединены с управляющими входами n фазовращателей, значительно расширены эксплуатационные возможности локатора, использующего заявляемый приемоизлучающий тракт.

Реализация предложенного приемоизлучающего тракта не представляет сложностей, так как он состоит из стандартных блоков, реализуемых на аналоговых элементах, а также на элементах жесткой и программируемой логики.

Источники информации

1. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л.: Судостроение, 1986. - 272 с.

2. Хребтов А.А. и др. Судовые эхолоты. - Л.: Судостроение, 1982. - 232 с.

3. Колчеданцев А.С. Гидроакустические станции. - Л.: Судостроение, 1982.-240 с.

4. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник по расчету направленных свойств гидроакустических антенн. - Л.: Судостроение, 1984. - 304 с.

5. Евтютов А.П., Митько В.Б. Примеры инженерных расчетов в гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1981. - 256 с.

Заявлен гидроакустический приемоизлучающий тракт, содержащий блок управления 1, соединенный со вторыми входами блока индикации 2 и основного усилителя 3, а также с синтезатором 4, выходы которого соединены со вторыми входами n смесителей 5-6, а также через n каналов, состоящих каждый из последовательно соединенного усилителя мощности 7-8 и коммутатора 9-10, двунаправленные входы которых соединены с n секциями акустической антенны 11; вторые выходы коммутаторов 9-10 соединены через предварительные усилители 12-13 с первыми входами смесителей 5-6, выходы которых через фильтры 14-15 и фазовращатели 16-17 соединены с n входами сумматора 18, выход которого соединен через основной усилитель 3 и аналого-цифровой преобразователь 19 с первым входом блока индикации 2, а также с экстрематором 20, выходы которого соединены с управляющими входами n фазовращателей 16-17. Достигаемый технический результат - расширение диаграммы направленности антенны без ухудшения характеристик лоцирования. 1 ил.

Гидроакустический приемоизлучающий тракт, содержащий сумматор, смеситель, блок управления, соединенный со вторыми входами основного усилителя, блока индикации, а также с синтезатором, выходы которого соединены со вторым входом смесителя, а также через n каналов, состоящих каждый из последовательно соединенного усилителя мощности и коммутатора, соединены с n секциями акустической антенны, причем эхо-сигналы принимаются акустической антенной, осуществляющей излучение, при этом вторые выходы коммутаторов соединены с n предварительными усилителями, первый вход блока индикации соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, вход которого соединен с выходом основного усилителя, отличающийся тем, что дополнительно введены (n-1) смесителей, их вторые входы соединены с выходами синтезатора, а первые входы соединены с выходами предварительных усилителей, выходы смесителей через фильтры и фазовращатели соединены с n входами сумматора, выход которого соединен с входом основного усилителя и с экстрематором, выходы которого соединены с управляющими входами n фазовращателей.