Способ определения сверхнизкочастотных флюктуаций акустического сигнала в океане Советский патент 1992 года по МПК G01S7/52 

Изобретение относится к области акустических измерений, в частности может быть использовано при изучении особенностей распространения тонального звукового сигнала в океане на большие расстояния для определения его сверхнизкочастотных флюктуации (СНЧ).

Известен способ определения изменчивости звукового сигнала распространении на большие расстояния. Способ основан на излучении тонального звукового сигнала, его приеме и обработке, на основании которой определяют спектры флюктуации амплитуды распространяемого сигнала. При этом точки, в которых осуществляют прием и излучение звукового сигнала, жестко фиксированы в пространстве.

Недостатком этого способа является зависимость полученных результатов от изменения расстояния между точками приема и излучения. Хо-я в данном случае и осуществлялась, по мнению авторов, жесткая фиксация систем излучения и приема, однако в реальном глубоком океане практически всегда имеет место медленное относительное перемещение приемной и излучающей систем друг относительно друга.

Известен другой способ определения сверхнизкочастотных флюктуации акустического сигнала в океане при его распространении на большие расстояния. Способ основан на излучении звукового сигнала, его приеме в удаленной точке, умножении зарегистрированного сигнала на опорный сигнал той же частоты и выделении сверхнизкочастотных флюктуации. При этом излучатель и приемная система находятся в заякоренном состоянии.

Недостатком известного способа является невозможность излучения сверхвысокочастотных флюктуации акустического сигнала при его распространении на большие расстояния в глубоком океане при наличии относительного изменения

сл

С

vj vj vj

о 0

расстояния между приемной и излучающей системами.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ определения сверхнизкочастотных флюктуации акустического сигнала при его распространении в океане на большие расстояния, ос- нованный на излучении тонального звукового сигнала в одной точке среды, приеме сигнала, прошедшего через среду, в разнесенных точках пространства свободно дрейфующими гидрофонами, расположенными на глубине залегания термоклина и его анализе, на основании которого определяют СНЧ-флюктуации акустического сигнала.

Недостатком наиболее близкого технического решения к изобретению является невысокая точность определения спектра СНЧ-флюктуаций. в особенности в низкочастотной области спектра, которая искажается из-за движения приемного радиобуя относительно излучающей системы.

Целью изобретения является повышение достоверности определения СНЧ- флюктуаций акустического сигнала в океане.

Поставленная цель достигается гем, что в предложенном способе определения СНЧ-флюктуаций акустического сигнала, основанного не излучении тонального звукового сигнала в одной точке среды, приеме сигнала, пришедшего через среду, в разнесенных точках пространства свободно дрейфующими гидрофонами, расположенными на глубине залегания термоклина и его анализе, регистрируют временную зависимость коэффициента взаимной корреляции принятых сигналов со свободно дрейфующих гидрофонов, наличие осцилляции, огибающей которого отождествляют с СНЧ-флюктуациями акустического сигнала.

Существенной особенностью предложенного способа является получение информации об СНЧ-флюктуации акустического сигнала при его распространении в океане на основе обработки сигнала, принятого свободно дрейфующими приемными системами, Во многих известных случаях относительное горизонтальное перемещение излучателя и приемников существенно осложняет измерение статистических флюктуации сигнала, вызванных пеоднородностями среды и неровностями ее границ.

Пусть имеется два сигнала:

Pi-Pio/t/.e1 и,, P2 P2o/t/.))

О)

где м- круговая частота излучаемого сигнала;

РЮ. Рго, и (pi - медленно меняющиеся амплитуда и фаза соответствующих сиг- налов;

v - скорость раздрейфоаки приемных систем относительно излучателя.

Максимальная частота в спектре флюктуации этих сигналов & акс«ю.(2)

Если учесть, что частота тонального зондирующего сигнала выбирается в основном

fo 00...500 Гц, а интересующие

нас СНЧ-флюктуации акустического сигнала Очэкс/2л: 0,1 Гц, то условие (2) всегда выполняется.

Нетрудно показать, что сигнал на выходе квадратичного детектора отдельного ка- нала

Pi2 Pi Pi Рю2 (t) содержит полный спектр флюктуации амплитуды сигнала (1).

Аналогично и для второго сигнала P22 P2 P2 P202(t),

где знак означает усреднение по времени.

Рассмотрим нормированную функцию взаимной корреляции двух сигналов Pi и PZ: , г

Y/ Pi(t)P2(t)dt

/912 ,

35

ш

Pi 2 (t) d t / P2 2 (t ) d t о

где т - время, кратное или существенно

п

больше периода Т но существенно

меньше т0

2п

(ЭКС

VT Г« Г0 .

Из известных преобразований для малых т имеем;

/Pl(t)P2(t)dtaPtP2.

о

PlP2 1 Р10р20 е№ kr-wt kr + # PioP2oe (kv+

где Ду , что можно представить в следующем виде;

рп PiP2 cos(kvt) +i sin(kvt)x

x(cos A# +{sinA0),

т.е. представляет собой сигнал с несущей частотой Q) я kv, который промодулирован

по амплитуде сигналом, в спектре которого представлены составляющие Г.НЧ-спектра Дс/о, т.е.

pi2 cos( + f/)0) cos(Ay(t) -и/1 )

Как следует из полученных соотноше- ний, флюктуации амплитуды сигнала, в том числе за счет раздрейфовки, из рассмотрения исключаются и спектр представляет собой фазовый спектр флюктуации сигналов в двух точках поля, представляющих разность средних фаз сигналов с учетом многолуче- вости.

Экспериментальные значения коэффициента взаимной корреляции измерены в натурных условиях. Расстояние между гид- рофонами составляло шесть миль, расстояние от излучателя до первого гидрофона - четыре мили, частота излучения 319 Гц.

Как следует из полученных данных, основная энергия СНЧ-флюктуаций акустиче- ского сигнала расположена в том же частотном диапазоне.

На чертеже представлено устройство для реализации предложенного способа определения СНЧ-флюктуаций акустического сигнала в океане.

Излучателе тонального сигнала 1. опущенный с борта дрейфующего судна, возбуждается посредством генератора звуковых сигналов 2 и усилителя мощности 3.

Приемные системы 4 и 5 представляют собой свободно плавающие радиогидроакусгические буи, оборудованные радиопередатчиками для ретрансляции данных на дрейфующее судно. На судне принятые радиоприемником сигналы выделяются и подаются на узкополосные фильтры 6 и 7, настроенные на частоту излучения. Затем поступают на коррелятор 8 и далее на вход фильтра низких частот 9 и через интегратор 10 регистрируются на спектроанализа- торе 11.

Формула изобретения

Способ определения сверхнизкочастотных флюктуации акустического сигнала в океане, основанный на излучении тонального звукового сигнала в одной точке среды, приеме сигнала, прошедшего через среду, в разнесенных точках пространства свободно дрейфующими гидрофонами, расположенными на глубине залегания термоклина, и его анализе, на основании которого определяют СНЧ-флюктуаций акустического сигнала, отличающийся тем что. с целью повышения достоверности определения СНЧ-флюктуаций акустического сигнала, регистрируют временную зависимость коэффициента взаимной корреляции принятых сигналов со свободно дрейфующих гидрофонов, наличие осцилляции огибающей которого отождествляют с СНЧ-флюк- туациями акустического сигнала.

Изобретение относится к акустическим измерения и может быть использовано в частности при изучении особенностей распространения тонального звукового сигнала в океане на большом расстоянии для определения его сверхнизкочастотных флюктуации. Цель изобретения - повышение достоверности определения сверхнизкочастотных флюктуации акустического сигнала. Сущность изобретения заключается в том, что регистрируют временную зависимость коэффициенты взаимной корреляции принятых сигналов со свободно дрейфующих гидрофонов, наличие осцилляции огибающей которого отождествляют со сверхнизкочастотными флюктуациями акустического сигнала. 1 ил.

5

1