RU2141676C1 - Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object - Google Patents

Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object Download PDF

Info

Publication number
RU2141676C1
RU2141676C1 RU97120164A RU97120164A RU2141676C1 RU 2141676 C1 RU2141676 C1 RU 2141676C1 RU 97120164 A RU97120164 A RU 97120164A RU 97120164 A RU97120164 A RU 97120164A RU 2141676 C1 RU2141676 C1 RU 2141676C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
acoustic
optical
laser
scanner
deflector
Prior art date
Application number
RU97120164A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU97120164A (en
Inventor
Ю.Н. Власов
В.К. Маслов
С.В. Сильвестров
А.Д. Толстоухов
Original Assignee
Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" filed Critical Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority to RU97120164A priority Critical patent/RU2141676C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2141676C1 publication Critical patent/RU2141676C1/en
Publication of RU97120164A publication Critical patent/RU97120164A/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: underwater acoustics, acoustic and optical monitoring of noiseless underwater objects. SUBSTANCE: essence of invention consists in formation of laser beam with hollow core that heats surface of object which begins to emit acoustic waves as result of it. Zone with increased temperature along beam periphery is created in aqueous medium which leads to formation of sound conducting channel over which acoustic waves go to acoustic converter that forms acoustic image of object by means of reflector and scanner. Proposed sonar system includes video camera recording image and programming device controlling operation of sonar system. EFFECT: increased examination efficiency of underwater objects thanks to use of its optical and acoustic characteristics. 2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для акустического и оптического мониторинга бесшумных подводных целей. The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used for acoustic and optical monitoring of silent underwater targets.

Известно устройство аналогичного назначения, содержащее оптически согласованные лазер, формирователь лазерного луча с полой сердцевиной и дефлектор, а также гидрофон с равномерной характеристикой направленности, расположенный на оптической оси лазера за дефлектором. A device of a similar purpose is known, comprising an optically matched laser, a hollow core laser beam shaper and a deflector, as well as a hydrophone with a uniform directivity characteristic located on the laser optical axis behind the deflector.

Недостатком известного оптико-акустического шумопеленгатора являются отсутствие оптического изображения подводного объекта на выходе устройства и невозможность обследования бесшумных целей. A disadvantage of the known optical-acoustic noise finder is the lack of an optical image of an underwater object at the output of the device and the inability to examine silent targets.

Известен гидролокатор для оптико-акустического обследования подводного объекта, принятый за прототип. Known sonar for optical-acoustic inspection of an underwater object, adopted as a prototype.

Прототип содержит оптически согласованные источник электромагнитной энергии, оптическую систему и дефлектор, а также акустический преобразователь и последовательно подключенные к нему усилитель, блок обработки и регистратор. The prototype contains an optically matched source of electromagnetic energy, an optical system and a deflector, as well as an acoustic transducer and an amplifier, a processing unit, and a recorder connected in series to it.

Работа прототипа основана на формировании вблизи подводного объекта акустического сигнала при поглощении объектом электромагнитной энергии от источника, размещенного на платформе, и приеме этого сигнала акустическим преобразователем. Подобный прием позволяет вести акустическое обследование бесшумных подводных целей. The prototype is based on the formation of an acoustic signal near the underwater object when the object absorbs electromagnetic energy from a source located on the platform, and the reception of this signal by an acoustic transducer. Such a technique allows an acoustic survey of silent underwater targets.

Недостатком прототипа являются отсутствие на выходе гидролокатора оптического изображения подводного объекта и слабое пространственное разрешение бесшумных подводных целей из-за формирования широкого луча электромагнитной энергии. The disadvantage of the prototype is the lack of output of the sonar optical image of the underwater object and the poor spatial resolution of silent underwater targets due to the formation of a wide beam of electromagnetic energy.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, будет повышение эффективности оптико-акустического обследования подводного объекта путем дополнительного формирования наряду с акустическим оптического изображения цели, а также путем повышения пространственного разрешения при формировании акустического изображения цели за счет использования узкого лазерного луча. The technical result obtained from the implementation of the invention will be to increase the efficiency of optical-acoustic inspection of an underwater object by additionally forming along with the acoustic optical image of the target, as well as by increasing the spatial resolution when forming the acoustic image of the target by using a narrow laser beam.

Данный технический результат получают за счет того, что предлагаемый гидролокатор для оптико-акустического обследования подводного объекта, содержащий оптически согласованные источник электромагнитной энергии, оптическую систему и дефлектор, а также акустический преобразователь и последовательно подключенные к нему усилитель, блок обработки и регистратор, дополнительно содержит оптически согласованные с источником электромагнитной энергии сканатор и оптический преобразователь, а также программное устройство и видеокамеру, при этом источник электромагнитной энергии выполнен в виде лазера, оптическая система - в виде формирователя лазерного луча с полой сердцевиной, а в качестве акустического преобразователя использован акустический преобразователь с равномерной характеристикой направленности, расположенный на оптической оси лазера за сканатором и дефлектором, причем оптический преобразователь установлен перед дефлектором, а программное устройство подключено своими выходами к оптическому преобразователю, сканатору и дефлектору, а также к синхровходам регистратора и видеокамеры. This technical result is obtained due to the fact that the proposed sonar for optical-acoustic inspection of an underwater object, containing an optically matched source of electromagnetic energy, an optical system and a deflector, as well as an acoustic transducer and an amplifier, processing unit, and recorder connected in series to it, additionally contains optically a scanner and an optical converter, as well as a software device and a video camera, compatible with the source of electromagnetic energy, when The electromagnetic energy source is made in the form of a laser, the optical system is in the form of a hollow core laser beam former, and an acoustic transducer with a uniform directivity characteristic located on the optical axis of the laser behind the scanner and deflector is used as an acoustic transducer, with the optical transducer installed in front of the deflector , and the software device is connected by its outputs to the optical converter, scanner and deflector, as well as to the reg sync inputs istrator and camcorders.

Формирователь лазерного луча может быть снабжен приводом его смещения относительно оси лазера, при этом управляющий вход привода подключен к одному из выходов программного устройства. The laser beam former can be equipped with a drive for its displacement relative to the axis of the laser, while the control input of the drive is connected to one of the outputs of the software device.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема гидролокатора. The invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a sonar.

Гидролокатор содержит оптически согласованные лазер 1, оптический преобразователь 2 для преобразования спектрального состава лазерного излучения, формирователь 3 лазерного луча с полой сердцевиной, поворотный рефлектор 4, дефлектор 5 и сканатор 6. The sonar contains an optically matched laser 1, an optical transducer 2 for converting the spectral composition of the laser radiation, a hollow core laser beam shaper 3, a rotary reflector 4, a deflector 5 and a scanner 6.

Имеются также акустический преобразователь 7 с равномерной характеристикой направленности, установленный на оптической оси лазера за сканатором 6 и дефлектором 5, а также усилитель 8, блок обработки 9 и регистратор 10 акустического изображения (схема соединений блоков представлена на чертеже). There is also an acoustic transducer 7 with a uniform directivity characteristic mounted on the optical axis of the laser behind the scanner 6 and deflector 5, as well as an amplifier 8, a processing unit 9, and an acoustic image recorder 10 (the block connection diagram is shown in the drawing).

Гидролокатор включает в себя видеокамеру 11, содержащую кроме видеоголовки 12 также видеоусилитель 13, блок обработки 14 и регистратор 15 оптического изображения. The sonar includes a video camera 11, containing, in addition to the video head 12, a video amplifier 13, a processing unit 14, and an optical image recorder 15.

В состав гидролокатора входит также программное устройство 16, выходы которого подключены к блокам 2, 3, 5, 6, 10, 15. The sonar also includes a software device 16, the outputs of which are connected to blocks 2, 3, 5, 6, 10, 15.

Программное устройство 16 может быть выполнено в виде генератора командных импульсов, следующих с заданными временными интервалами на подключенные к нему блоки. The software device 16 can be made in the form of a command pulse generator, following at specified time intervals on the blocks connected to it.

Лазер 1 может быть выполнен в виде неодимового или рубинового лазера, работающего в режиме свободной генерации импульсов. Laser 1 can be made in the form of a neodymium or ruby laser operating in the free pulse generation mode.

Формирователь 3 лазерного луча с полой сердцевиной может быть выполнен в виде зеркальной телескопической системы, например в виде последовательно расположенных вогнутого и выпуклого зеркал, при этом выпуклое зеркало обращено к лазеру 1 и вогнутому зеркалу, которое выполнено с центральным отверстием и с возможностью изменения взаимного расстояния между зеркалами (подобное выполнение формирователя лазерного луча на чертеже не представлено, поскольку известно из аналога). The hollow core laser beam generator 3 can be made in the form of a telescopic mirror system, for example, in the form of successively arranged concave and convex mirrors, with the convex mirror facing the laser 1 and the concave mirror, which is made with a central hole and with the possibility of changing the mutual distance between mirrors (a similar embodiment of the laser beam former is not shown in the drawing, since it is known from the analogue).

Формирователь 3 может быть установлен на оптическом столе, снабженном приводом, который управляется от командного импульса программного устройства 16 (указанные элементы на чертеже не представлены). Shaper 3 can be mounted on an optical table equipped with a drive that is controlled by a command pulse of a software device 16 (these elements are not shown in the drawing).

Остальные блоки гидролокатора особенностей не имеют. The remaining blocks of the sonar have no features.

Гидролокатор работает следующим образом. Sonar works as follows.

Направляют лазерный луч 17 в сторону исследуемого подводного объекта 18. Программное устройство 16 подает на формирователь 3, дефлектор 5, сканатор 6 и регистратор 10 акустического изображения командные импульсы, запускающие в работу данные блоки. The laser beam 17 is directed towards the underwater object under study 18. The software device 16 delivers command pulses to the operation of these blocks to the shaper 3, deflector 5, scanner 6 and the recorder 10 of the acoustic image.

При этом формирователь 3 формирует лазерный луч 17 с полой сердцевиной. Частично поглощаясь в воде, лазерное импульсное излучение формирует в среде звукопроводный канал 19, отличающийся повышенной температурой (а значит, и повышенным коэффициентом преломления звука) по периферии канала. Это обеспечивает практически безпрепятственное прохождение звуковых сигналов определенных частот по звукопроводному каналу 19 от объекта 18 за период несколько секунд. In this case, the shaper 3 forms a laser beam 17 with a hollow core. Partially absorbed in water, laser pulsed radiation forms in the medium a sound guide channel 19, characterized by an elevated temperature (and hence a higher sound refractive index) along the channel periphery. This ensures almost unhindered passage of sound signals of certain frequencies through the sound channel 19 from the object 18 for a period of several seconds.

Подводный объект 18 начинает "звучать" под действием того же лазерного импульса, который приводит к нагреву поверхности объекта 18 и локальному объемному расширению зоны облучения. The underwater object 18 begins to “sound” under the action of the same laser pulse, which leads to heating of the surface of the object 18 and a local volume expansion of the irradiation zone.

Поскольку дефлектор 5 и сканатор 6 одновременно смещают луч 17 в пространстве и сканируют его с амплитудой, равной примерно половине диаметра луча 17, то звуковой сигнал от объекта 18 будет распространяться по звукопроводному каналу 19 и достигать акустического преобразователя 7, расположенного в полой сердцевине лазерного луча 17 и в том его месте, откуда начинается сканирование и угловое смещение луча сканатором 6 и дефлектором 5. То есть акустический преобразователь 7, расположенный достаточно близко к дефлектору 5 и сканатору 6 (на чертеже это не отражено), не мешает перемещению и сканированию лазерного луча 17. Since the deflector 5 and the scanner 6 simultaneously displace the beam 17 in space and scan it with an amplitude equal to approximately half the diameter of the beam 17, the sound signal from the object 18 will propagate through the sound guide channel 19 and reach the acoustic transducer 7 located in the hollow core of the laser beam 17 and in that place where scanning and the angular displacement of the beam by the scanner 6 and the deflector 5 begin. That is, the acoustic transducer 7 located quite close to the deflector 5 and the scanner 6 (in the drawing, not reflected), does not interfere with the movement and scanning of the laser beam 17.

От акустического преобразователя 7 сигнал направляется на усилитель 8, блок обработки 9, к регистратору 10 акустического изображения. From the acoustic transducer 7, the signal is sent to the amplifier 8, the processing unit 9, to the recorder 10 of the acoustic image.

В определенный момент времени, задаваемый программным устройством 16, на преобразователь 2 и синхровход видеокамеры 11 (например, совмещенный с регистратором 15 оптического изображения объекта) подаются командные импульсы, включающие блоки 2, 11 и отключающие блоки 3, 6, 10. At a certain point in time specified by the software device 16, command pulses are sent to the converter 2 and the synchro input of the video camera 11 (for example, combined with the recorder 15 of the optical image of the object), including blocks 2, 11 and disconnecting blocks 3, 6, 10.

При этом с помощью привода (на чертеже не показан) формирователь 3 смещается относительно оси лазера 1, а сканатор 6 переходит в режим прямого пропускания лазерного излучения. In this case, with the help of a drive (not shown in the drawing), the shaper 3 is shifted relative to the axis of the laser 1, and the scanner 6 enters the direct transmission mode of the laser radiation.

Если в качестве лазера 1 применяется лазер на неодиме с длиной волны 1,06 мкм, то в качестве преобразователя 2 используется удвоитель частоты, преобразующий инфракрасное излучение лазера 1 в зеленое, обладающее наименьшим коэффициентом поглощения в воде. If neodymium laser with a wavelength of 1.06 μm is used as laser 1, then a frequency doubler is used as converter 2, which converts the infrared radiation of laser 1 into green, which has the lowest absorption coefficient in water.

Последовательно перемещаясь по поверхности объекта 18, лазерный луч освещает ее в различных точках. Видеокамера 11 регистрирует оптическое изображение объекта 18. Moving sequentially along the surface of the object 18, the laser beam illuminates it at various points. The camcorder 11 registers an optical image of an object 18.

В последующий момент времени программное устройство 16 вновь переводит работу гидролокатора в режим регистрации акустического изображения объекта. At a subsequent point in time, the software device 16 again puts the sonar operation into the registration mode of the acoustic image of the object.

Таким образом, с помощью гидролокатора можно одновременно получать оптическое и акустическое изображение подводного объекта, т.е. осуществлять оптико-акустический мониторинг объекта с высоким пространственным разрешением. Thus, using a sonar, you can simultaneously obtain the optical and acoustic image of an underwater object, i.e. carry out optical-acoustic monitoring of the object with high spatial resolution.

Claims (3)

1. Гидролокатор для оптико-акустического обследования подводного объекта, содержащий оптически согласованные источник электромагнитной энергии, оптическую систему и дефлектор, а также акустический преобразователь и последовательно подключенные к нему усилитель, блок обработки и регистратор, отличающийся тем, что дополнительно содержит оптически согласованные с источником электромагнитной энергии сканатор и оптический преобразователь, а также программное устройство и видеокамеру, при этом источник электромагнитной энергии выполнен в виде лазера, оптическая система - в виде формирователя лазерного луча с полой сердцевиной, а в качестве акустического преобразователя использован акустический преобразователь с равномерной характеристикой направленности, расположенный на оптической оси лазера за сканатором и дефлектором, причем программное устройство подключено своими выходами к оптическому преобразователю, сканатору и дефлектору. 1. A sonar for optical-acoustic inspection of an underwater object, containing an optically matched source of electromagnetic energy, an optical system and a deflector, as well as an acoustic transducer and an amplifier, a processing unit and a recorder connected in series to it, characterized in that it further comprises an optically matched electromagnetic source an energy scanner and an optical converter, as well as a software device and a video camera, while the electromagnetic energy source is n in the form of a laser, the optical system is in the form of a laser beam shaper with a hollow core, and an acoustic transducer with a uniform directivity characteristic located on the optical axis of the laser behind the scanner and deflector is used as an acoustic transducer, and the software device is connected to the optical transducer by its outputs scanner and deflector. 2. Гидролокатор по п.1, отличающийся тем, что программное устройство дополнительно соединено с синхровходами регистратора и видеокамеры. 2. The sonar according to claim 1, characterized in that the software device is additionally connected to the synchro inputs of the recorder and video camera. 3. Гидролокатор по п.1 или 2, отличающийся тем, что формирователь лазерного луча с полой сердцевиной снабжен приводом его смещения относительно оси лазера, при этом управляющий вход привода подключен к одному из выходов программного устройства. 3. The sonar according to claim 1 or 2, characterized in that the laser beam shaper with a hollow core is equipped with a drive for its displacement relative to the laser axis, while the control input of the drive is connected to one of the outputs of the software device.
RU97120164A 1997-12-02 1997-12-02 Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object RU2141676C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97120164A RU2141676C1 (en) 1997-12-02 1997-12-02 Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU97120164A RU2141676C1 (en) 1997-12-02 1997-12-02 Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2141676C1 true RU2141676C1 (en) 1999-11-20
RU97120164A RU97120164A (en) 1999-11-20

Family

ID=20199670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU97120164A RU2141676C1 (en) 1997-12-02 1997-12-02 Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2141676C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4084582A (en) Ultrasonic imaging system
JPH0394743A (en) Method and apparatus for localizing reflective target acoustically
US4991149A (en) Underwater object detection system
US4329876A (en) Method and apparatus for acoustic scanning using bulk wave scattering of bulk waves by an acoustic grating
GB2294323A (en) Laser ultrasound probe and ablator
CN110389345A (en) Underwater Target Detection system and method based on laser-induced sound scanning mode
US4174634A (en) Echographic device for the real-time display of internal discontinuities of a test object
Quieffin et al. Real-time focusing using an ultrasonic one channel time-reversal mirror coupled to a solid cavity
CN210864039U (en) Underwater target detection system based on laser acoustic scanning mode
CN117169893A (en) Laser induced sound cross-air underwater target detection system and method
JPH03500454A (en) Ultrasonic reflection transmission imaging method and device excluding artificial structures
RU2232983C2 (en) Method and device for laser-acoustic test of solid materials
US5161125A (en) Radiation selective system for target range and imaging readout
RU2141676C1 (en) Sonar system for optico-acoustic examination of underwater object
GB2099997A (en) Apparatus for ultrasonic imaging
GB2074732A (en) Ultrasonic imaging system
US4325258A (en) Conical transducer ultrasonic scanning
RU2001102779A (en) DEVICE AND METHOD FOR DETERMINING PHYSICAL PARAMETERS OF A TWO PHASE MIXTURE USING THE PROPAGATION OF THE ACOUSTIC WAVE IN A CONTINUOUS PHASE OF A TWO PHASE MIXTURE
Ing et al. Directivity patterns of a moving thermoelastic source in solid media
RU2115938C1 (en) Opticoacoustic sonar for detection of noiseless underwater targets under mode of passive underwater acoustics
US4939698A (en) Sonar system
US4008966A (en) Method and apparatus for beam sampling by acoustic pulses
Vilkomerson Analysis of various ultrasonic holographic imaging methods for medical diagnosis
US3890829A (en) Method and apparatus for acoustical imaging
JPS5574527A (en) Underwater photographing device