RU127202U1 - Параметрический гидролокатор бокового обзора - Google Patents

Abstract

Параметрический гидролокатор бокового обзора, содержащий блок управления, соединенный с управляющими входами приемного тракта, низкочастотного приемного тракта, блока индикации и синтезатора, каждый из n выходов которого соединен с последовательно соединенными фазовращателем, усилителем, коммутатором и одночастотной акустической антенной; выходы n коммутаторов соединены с n входами приемного тракта, выход которого соединен с сигнальным входом блока индикации, второй сигнальный вход которого соединен с выходом низкочастотного приемного тракта, вход которого соединен с низкочастотной акустической антенной.

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована при разработке гидролокаторов бокового обзора (ГБО), используемых для просмотра дна, водных акваторий, а также заиленных объектов.

В традиционных ГБО используются линейные антенны, и распознавание объектов осуществляется по их "тенеграфическому" изображению на экране индикатора и по "тонкой структуре" эхосигналов, т.е. используется амплитудно-частотная характеристика объекта для его диагностики.

Известны ГБО, содержащие блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока индикации, приемного тракта и генераторного тракта, выход которого через коммутатор соединен с одночастотной акустической антенной, выход коммутатора соединен с входом приемного тракта, а выход приемного тракта соединен с сигнальным входом блока индикации. Описания таких гидролокаторов, например, типа Sport Scan и «ГИДРА» приведены на сайте http://www.fort21.ru, на сайте ООО «Экран» - http://www.screen-co.ru, а также в руководстве по эксплуатации ГБО «Гидра» (http://www.screen-co.ru/doc/gidra/md_Gidra4.pdf).

При работе блок управления вырабатывает синхросигнал, поступающий на управляющие входа блока индикации, приемного тракта, а также генераторного тракта. В генераторном тракте он запускает генератор зондирующих сигналов, с выхода которого зондирующий сигнал, представляющий собой радиоимпульс, после усиления поступаетна вход коммутатора и с его двунаправленного выхода - на акустическую антенну, излучающую в среду локирования - воду акустический сигнал. Антенна, в этих ГБО выполнена из пьезоэлементов с одной резонансной частотой и имеет ширину диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 1.8° - 0.7°, и в вертикальной - 60°-30°. Акустический сигнал распространяется в водной среде, отражается от объектов, находящихся в ней, а также от элементов дна, и принимается той же антенной. Электрический сигнал, соответствующий эхо-сигналам, с выхода коммутатора поступает на вход приемного тракта, где выполняется его обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, регулировка в блоках временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и «Отсечка», детектирование и другие виды обработки). С выхода приемного тракта сигнал поступает на сигнальный вход блока индикации, выдающего информацию об объектах. Функции некоторых блоков в данных локаторах совмещены во внешней или встроенной ЭВМ.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности локаторов, обусловленные тем, что локирование выполняется на одной частоте, находящейся в диапазоне 100-250 кГц, сигналы с этими частотами не проникают в материал дна, поэтому такими локаторами невозможно обнаруживать заиленные объекты, а также определять структуру дна.

Признаки, совпадающие с заявленным объектом - блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока индикации, приемного тракта и с входом генераторного тракта, выход которого через коммутатор соединен с одночастотной акустической антенной, выход коммутатора соединен с входом приемного тракта, а выход приемного тракта соединен с сигнальным входом блока индикации.

В патенте [1], используется параметрический метод лоцирования, позволяющий обнаруживать заиленные объекты, а также определять структуру дна.

Гидролокатор содержит - блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока индикации, приемного тракта, низкочастотного приемного тракта и генераторного тракта, выход которого через коммутатор соединен с одночастотной акустической антенной, выход коммутатора соединен с входом приемного тракта, а выход приемного тракта соединен с сигнальным входом блока индикации, второй сигнальный вход которого соединен с выходом низкочастотного приемного тракта, вход которого соединен с низкочастотной акустической антенной.

При работе блок управления вырабатывает синхросигнал, поступающий на управляющие входа блока индикации, приемного тракта, низкочастотного приемного тракта, а также генераторного тракта. В генераторном тракте он запускает генератор зондирующих сигналов, с выхода которого зондирующий сигнал, представляющий собой амплитудно-модулированный радиоимпульс, после усиления поступает на вход коммутатора и с его двунаправленного выхода - на акустическую антенну, излучающую в среду лоцирования - воду акустический сигнал, состоящий из трех частотных компонент, находящихся в рабочей полосе частот антенны. Антенна, в макете этого ГБО выполнена из пьезоэлементов с резонансной частотой 300 кГц и имеет ширину диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 0.7°, и в вертикальной - 36°. Высокочастотный амплитудно-модулированный акустический сигнал распространяется в водной среде, отражается от объектов, находящихся в ней, а также от элементов дна, и принимается той же антенной. Высокочастотный электрический сигнал, соответствующий эхо-сигналам, с выхода коммутатора поступает на вход приемного тракта, где выполняется его обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, регулировка в блоках временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и «Отсечка», детектирование и другие виды обработки). С выхода приемного тракта сигнал поступает на сигнальный вход блока индикации, выдающего информацию об объектах. При распространении в водной среде компонент высокочастотного сигнала за счет нелинейности упругих характеристик воды в ней происходит взаимодействие этих компонент и формирование низкочастотных сигналов с разностными частотами (в макете данного ГБО - это 10-40 кГц). Теоретические вопросы взаимодействия акустических сигналов в нелинейных средах рассмотрены в многочисленных работах, например [2-4]. Сформированный в среде лоцирования низкочастотный акустический сигнал проникает в материал дна, отражается от объектов находящихся в нем, а также от различных неоднородностей дна и принимается низкочастотной акустической антенной, электрические сигналы с которой обрабатываются в низкочастотном приемном тракте и поступают затем на второй сигнальный вход блока индикации, в котором представляется дополнительная информация об заиленных объектах и о структуре дна.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности локатора, обусловленные ограниченной мощностью излучаемого акустического сигнала и как следствие - его малой дальностью лоцирования. Это объясняется тем, что акустическая антенна локатора имеет малую площадь излучения, определяемую параметрами требуемой характеристики направленности. Интенсивность излучаемого акустического сигнала ограничена кавитационной прочностью воды и не превышает 3-6 Вт/см². Увеличение площади излучения антенны и как следствие увеличение мощности излучаемого акустического сигнала в данном локаторе невозможно, так как это вызовет изменение параметров характеристики направленности антенны.

Признаки, совпадающие с заявленным объектом - блок управления, выходы которого соединены с управляющими входами блока индикации, приемного тракта, низкочастотного приемного тракта и генераторного тракта, выход которого через коммутатор соединен с одночастотной акустической антенной, выход коммутатора соединен с входом приемного тракта, а выход приемного тракта соединен с сигнальным входом блока индикации, второй сигнальный вход которого соединен с выходом низкочастотного приемного тракта, вход которого соединен с низкочастотной акустической антенной.

Задачей данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей гидролокатора бокового обзора, а именно - увеличение дальности лоцирования.

Технический результат заключается в том, что за счет изменения конструкции акустической антенны и генераторного тракта увеличивается мощность акустического сигнала излучаемого в среду лоцирования, и как следствие - дальность лоцирования.

Технический результат достигается тем, что в генераторном тракте формируются n электрических радиоимпульсов с частотами fl, f2, f3,...fn, поступающих на n акустических антенн с резонансными частотами fl, f2,f3...ni, характеристики направленности которых в среде лоцирования перекрываются, причем разность частот сигналов f2-fl, f3-f2, f4-f3,...fn - f(n-1) одинакова и равна частоте формируемого в среде низкочастотного акустического сигнала F. Фазы высокочастотных сигналов fl, f2, f3,...fn устанавливают таким образом, чтобы уровень низкочастотного сигнала с частотой F был максимален.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором показана функциональная схема заявляемого параметрического гидролокатора бокового обзора.

Гидролокатор содержит блок управления 1, соединенный с управляющими входами приемного тракта 2, низкочастотного приемного тракта 3, блока индикации 4 и синтезатора 5, каждый из n выходов которого соединен с последовательно соединенными фазовращателем 6, усилителем 7, коммутатором 8 и одночастотной акустической антенной 9; выходы n коммутаторов соединены с n входами приемного тракта 2, выход которого соединен с сигнальным входом блока индикации 4, второй сигнальный вход которого соединен с выходом низкочастотного приемного тракта 3, вход которого соединен с низкочастотной акустической антенной 10.

Блок управления 1 периодически через заданные временные интервалы вырабатывает синхронизирующие электрические сигналы, поступающие на управляющие входа приемного тракта 2, низкочастотного приемного тракта 3, блока индикации 4 и синтезатора 5. На n выходах синтезатора 5 вырабатываются радиоимпульсы с частотами fl, f2, f3,...fh, поступающие каждый через последовательно соединенные фазовращатели 6, усилители 7, и коммутаторы 8 на одночастотные акустические антенны 9 с резонансными частотами fl, f2, f3...fn. Антенны 9 расположены в пространстве таким образом, что их характеристики направленности в среде локирования перекрываются. Разность частот сигналов f2 - fl, f3 -f2, f4 - f3,...fn - f(n-l) одинакова и равна частоте формируемого в среде низкочастотного акустического сигнала F. При распространении в среде лоцирования (воде) n высокочастотных сигналов с частотами fl, f2, f3,...fn будет происходить их взаимодействие [2 - 4] и формирование низкочастотных акустических сигналов с частотами F, 2F, 3F, nF. Причем, сигнал с частотой F формируется из каждой пары высокочастотных сигналов fl-f2, f2-f3, f3-f4 и так далее. В среде лоцирования все компоненты с частотами F суммируются, за счет чего увеличивается уровень данного сигнала и соответственно - дальность лоцирования. Фазы высокочастотных сигналов fl, f2, f3,...fn устанавливают фазовращателями 9 таким образом, чтобы уровень формируемого в среде низкочастотного сигнала с частотой F был максимален. Этот сигнал проникает в материал дна и отражается от находящихся в нем объектов, а также от структурных неоднородностей дна. Эхосигналы с частотами F, 2F, 3F, nF принимаются низкочастотной акустической антенной 10, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход низкочастотного приемного тракта 3, где выполняется их обработка по заданному алгоритму (усиление, фильтрация, регулировка в блоках временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и «Отсечка», детектирование и другие виды обработки) [5, 6], после чего сигналы подаются на второй сигнальный вход блока индикации.

Высокочастотные акустические сигналы с частотами fl, f2, f3,...fn отражаются от объектов находящихся в среде лоцирования, эхосигналы принимаются одночастотными акустическими антеннами 9 и соответствующие им электрические сигналы с выходов коммутаторов 8 поступают на n входы приемного тракта 2, где выполняется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, регулировка в блоках временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ) и «Отсечка», детектирование и другие виды обработки) [5, 6].

Таким образом, выполняется выявление объектов находящихся как в среде лоцирования, так и заиленных объектов и неоднородностей структуры дна. При этом повышается дальность лоцирования при сохранении диаграммы направленности соответствующей каждой из высокочастотных антенн 9. Экспериментальная проверка данного устройства показала, что уровень звукового давления низкочастотного сигнала при использовании пяти высокочастотных компонент увеличивается на 15-16 дБ по сравнению с использованием двухкомпонентного сигнала. Реализация заявленного устройства не представляет сложностей, так как все его блоки могут быть реализованы на стандартных аналоговых и цифровых элементах, в том числе с использованием программируемых элементов.

Информационные источники

1. Патент RU 2039366 «Фазовый параметрический гидролокатор бокового обзора» МПК G01S 15/00, заявка 5065779/09, от 1992.07.24, опубликован 1995.07.09

2. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в активной гидролокации. Л.: Судостроение. 1990. - 256 с.

3. Воронин В.А., Кузнецов В.П., Мордвинов Б.Г., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. - Ростиздат. Ростов-на-Дону. 2007. - 448 с.

4. Рыбачек М.С., Седин Е.П. К вопросу фазовых соотношений при взаимодействии широкополосных сигналов. Междуведомственный тематический научный сборник «Прикладная акустика». Таганрог: ТРТИ, 1985, вып.11, с.18-22.

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

6. Хребтов А.А. и др. Судовые эхолоты. - Л.: Судостроение, 1982. - 323 с.

Claims (1)

1. Параметрический гидролокатор бокового обзора, содержащий блок управления, соединенный с управляющими входами приемного тракта, низкочастотного приемного тракта, блока индикации и синтезатора, каждый из n выходов которого соединен с последовательно соединенными фазовращателем, усилителем, коммутатором и одночастотной акустической антенной; выходы n коммутаторов соединены с n входами приемного тракта, выход которого соединен с сигнальным входом блока индикации, второй сигнальный вход которого соединен с выходом низкочастотного приемного тракта, вход которого соединен с низкочастотной акустической антенной.

   

Images