RU2152627C1

RU2152627C1 - Gear for detection and direction finding to low-sound underwater radiation of marine biological objects

Info

Publication number: RU2152627C1
Application number: RU99119339/09A
Authority: RU
Inventors: С.А. Бахарев; Р.Н. Алифанов; В.В. Кудакаев
Original assignee: Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет
Priority date: 1999-09-13
Filing date: 1999-09-13
Publication date: 2000-07-10

Abstract

FIELD: underwater acoustic equipment, underwater acoustic means incorporating parametric receiving antennas in their mix for search for fish. SUBSTANCE: gear includes generator, power amplifier directed in vertical and horizontal planes, high-frequency pumping signal radiator directed in vertical and horizontal planes mechanically linked to multielement receiving antenna whose electroacoustic converters have high- frequency resonance in their amplitude-frequency characteristics, adder, electron signal processing unit incorporating band-pass high-frequency filter whose central frequency corresponds to high-frequency pumping signal and to one of high-frequency resonance in amplitude-frequency characteristic of electroacoustic converters, amplifier, amplitude detector, low-frequency filter and low-frequency amplifier connected in series. Output of low-frequency amplifier is output of electron signal processing unit and is connected to input of spectrum analyzer. Mechanical scanning of antenna in vertical and horizontal planes is conducted with the aid of special fixture. EFFECT: increased noise immunity and stability. 6 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в рыбопоисковых гидроакустических средствах, имеющих в своем составе параметрические приемные антенны (ППА). The invention relates to sonar technology and can be used in fish-finding sonar equipment, incorporating parametric receiving antennas (PAP).

Известно устройство для обнаружения низкочастотных (НЧ) гидроакустических сигналов, содержащее последовательно электрически соединенные задающий генератор широкополосного сигнала, усилитель мощности, электроакустический преобразователь, выполняющий роль излучателя накачки, механически соединенный с приемным гидрофоном, который подключен к электронному блоку обработки сигналов, включающему в себя: полосовой фильтр, соединенный с несколькими идентичными каналами, состоящими из корреляторов, полосовых фильтров и устройств с регулируемой временной задержкой, выходы каналов соединены с сумматором /Патент США N 3882444, МКИ G 01 S 9/66, 1975/. A device for detecting low-frequency (LF) sonar signals, comprising serially electrically connected a master oscillator of a broadband signal, a power amplifier, an electro-acoustic transducer acting as a pump emitter, mechanically connected to a receiving hydrophone, which is connected to an electronic signal processing unit, including: a filter connected to several identical channels consisting of correlators, bandpass filters and devices with adjustable uemoy time delay, channel outputs are connected to adder / USA Patent N 3882444, IPC G 01 S 9/66, 1975 /.

К недостаткам данного устройства относятся:
1. Низкое соотношение сигнал/помеха (с/п) из-за использования ненаправленного гидрофона в качестве приемного элемента ППА.The disadvantages of this device include:
1. Low signal-to-noise ratio (s / n) due to the use of an omnidirectional hydrophone as a receiving element of the PAP.

2. Сложность схемы обработки сигналов в связи с использованием широкополосного сигнала накачки для обеспечения электронного сканирования характеристики направленности (ХН) антенны. 2. The complexity of the signal processing circuit due to the use of a broadband pump signal to provide electronic scanning of the directivity (CH) of the antenna.

3. Значительный уровень прямого сигнала накачки, являющегося, с другой стороны, собственной помехой ППА. 3. A significant level of the direct pump signal, which, on the other hand, is the PSA's own interference.

4. Невозможность обнаружения сигналов в низком звуковом диапазоне (НЗД) частот (ниже 35 Гц) из-за применения в схеме обработки сигналов режекторных фильтров и фазового детектора. 4. The inability to detect signals in the low sound range (BRE) of frequencies (below 35 Hz) due to the use of notch filters and a phase detector in the signal processing circuit.

Известно устройство для обнаружения НЧ гидроакустических сигналов, содержащее последовательно электрически соединенные генератор случайной последовательности ВЧ импульсов, усилитель мощности и излучатель ВЧ сигнала накачки, механически соединенный с приемным гидрофоном, который, в свою очередь, последовательно электрически соединен с процессором, включающим в себя набор узкополосных режекторных фильтров и блок сравнения сигналов, принимаемых гидрофоном, с задержанными по времени реализациями излученного ВЧ сигнала накачки /Патент США N 3866159, МКИ G 01 S 9/66, 1975/. A device for detecting low-frequency hydroacoustic signals, comprising a series-electrically connected generator of a random sequence of high-frequency pulses, a power amplifier and an emitter of an high-frequency pump signal, mechanically connected to a receiving hydrophone, which, in turn, is electrically connected in series with a processor, including a set of narrow-band notch filters and a unit for comparing signals received by a hydrophone with time-delayed implementations of the emitted RF pump signal / Paten US N 3866159, IPC G 01 S 9/66, 1975 /.

К недостаткам данного устройства относятся:
1. Низкое соотношение с/п из-за использования ненаправленного гидрофона в качестве приемного элемента ППА.The disadvantages of this device include:
1. Low ratio s / n due to the use of an omnidirectional hydrophone as a receiving element of the PAP.

2. Сложность схемы обработки сигналов в связи с использованием сложного сигнала накачки для обеспечения электронного сканирования ХН антенны. 2. The complexity of the signal processing circuit due to the use of a complex pump signal to provide electronic scanning of the HN antenna.

4. Невозможность обнаружения гидроакустических сигналов в НЗД частот (ниже 35 Гц) из-за применения в схеме обработки сигналов режекторных фильтров и фазового детектора. 4. The impossibility of detecting sonar signals in the low frequency frequencies (below 35 Hz) due to the use of notch filters and a phase detector in the signal processing circuit.

Наиболее близким к заявляемому объекту по своей технической сущности относится устройство для обнаружения и пеленгования низких звуковых гидроакустических излучений морских биологических объектов, содержащее последовательно электрически соединенные генератор, усилитель мощности и излучатель ВЧ сигнала накачки, механически соединенный с многоэлементной приемной антенной, электроакустические преобразователи которой соединены с соответствующими входами сумматора, а выход сумматора соединен с входом электронного блока обработки сигналов, содержащего последовательно электрически соединенные режекторный фильтр, центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки, усилитель, фазовый детектор, фильтр низких частот (ФНЧ) и усилитель низких частот (УНЧ), при этом УНЧ является выходом электронного блока обработки сигналов и подключен к входу спектроанализатора, а также специальное устройство для электронного сканирования ХН антенны в горизонтальной плоскости /Rogers Р.Н., Parametric Acoustic Array // J.S.V., 1973, Vol. 28, p. 764-768/. Closest to the claimed object in its technical essence is a device for the detection and direction finding of low sound hydroacoustic radiation of marine biological objects, containing a series-connected electrically connected generator, power amplifier and emitter of an RF pump signal mechanically connected to a multi-element receiving antenna, the electroacoustic transducers of which are connected to the corresponding the adder inputs, and the adder output is connected to the input of the electronic processing unit with ignals containing a serially connected notch filter, the central frequency of which corresponds to the frequency of the high-frequency pump signal, an amplifier, a phase detector, a low-pass filter (LPF) and a low-frequency amplifier (VLF), while the VLF is the output of the electronic signal processing unit and is connected to the input a spectrum analyzer, as well as a special device for electronically scanning an HN antenna in the horizontal plane / Rogers RN, Parametric Acoustic Array // JSV, 1973, Vol. 28, p. 764-768 /.

К недостаткам устройства-прототипа относятся:
1. Низкая помехозащищенность из-за использования в многоэлементной приемной антенне электроакустических преобразователей, не имеющих в своих амплитудно-частотных характеристиках ВЧ акустических резонансов. Данное обстоятельство приводит к тому, что прямой НЧ сигнал попадает на вход блока обработки сигналов и взаимодействует в нем с ВЧ сигналом накачки, т.е. происходит "паразитная" модуляция сигналов.The disadvantages of the prototype device include:
1. Low noise immunity due to the use of electro-acoustic transducers in the multi-element receiving antenna that do not have RF acoustic resonances in their amplitude-frequency characteristics. This circumstance leads to the fact that the direct low-frequency signal hits the input of the signal processing unit and interacts with the high-frequency pump signal in it, i.e. “spurious” signal modulation occurs.

2. Недостаточная помехоустойчивость, обусловленная использованием ненаправленного излучателя ВЧ сигнала накачки. 2. Insufficient noise immunity due to the use of an omnidirectional emitter of an RF pump signal.

3. Недостаточная помехоустойчивость, обусловленная отсутствием в конструкции устройства, обеспечивающего сканирование ХН антенны в вертикальной плоскости для пеленгования наиболее энергонесущих лучей НЧ многолучевого сигнала в условиях существования дальних зон акустической освещенности. 3. Insufficient noise immunity due to the absence in the design of the device that provides scanning the HN antenna in the vertical plane for direction finding of the most energy-carrying low-frequency multipath beams in the presence of far zones of acoustic illumination.

4. Сложность схемы обработки сигналов в связи с необходимостью обеспечения электронного сканирования ХН антенны в горизонтальной плоскости. 4. The complexity of the signal processing circuit due to the need to ensure electronic scanning of the HN antenna in the horizontal plane.

5. Значительный уровень прямого сигнала накачки, являющегося, с другой стороны, собственной помехой самого устройства. 5. A significant level of direct pump signal, which, on the other hand, is the intrinsic interference of the device itself.

6. Невозможность обнаружения сигналов в НЗД частот (ниже 35 Гц) из-за применения в схеме обработки сигналов режекторного фильтра и фазового детектора. 6. The impossibility of detecting signals in the low frequency frequencies (below 35 Hz) due to the use of a notch filter and a phase detector in the signal processing circuit.

Задача, которая решается изобретением, заключается в повышении помехоустойчивости и помехозащищенности устройства, расширении (вниз) частотного диапазона принимаемых сигналов и упрощении конструкции устройства. The problem that is solved by the invention is to increase the noise immunity and noise immunity of the device, expanding (down) the frequency range of the received signals and simplifying the design of the device.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве для обнаружения и пеленгования низких звуковых гидроакустических излучений морских биологических объектов, содержащем последовательно электрически соединенные генератор, усилитель мощности и излучатель ВЧ сигнала накачки, механически соединенный с многоэлементной приемной антенной, электроакустические преобразователи которой соединены с соответствующими входами сумматора, а выход сумматора соединен с входом электронного блока обработки сигналов, включающего последовательно электрически соединенные фильтр высоких частот, усилитель, детектор, ФНЧ и УНЧ, при этом УНЧ является выходом электронного блока обработки сигналов и подключен к входу спектроанализатора, и средство для сканирования ХН антенны, согласно изобретению, многоэлементная приемная антенна выполнена в виде прямоугольника с электроакустическими преобразователями, имеющими в своих амплитудно-частотных характеристиках (АЧХ) ВЧ резонансы, в качестве излучателя высокочастотного сигнала накачки использован направленный в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучатель, в качестве фильтра высоких частот использован полосовой фильтр, центральная частота которого соответствует одному из ВЧ резонансов в АЧХ электроакустических преобразователей, в качестве детектора установлен амплитудный детектор, в качестве средства для сканирования ХН антенны использованы приспособления для механического сканирования антенны в горизонтальной и вертикальной плоскостях. The problem is solved in that in the known device for the detection and direction finding of low sound hydroacoustic radiation of marine biological objects, containing serially electrically connected generator, power amplifier and emitter of the RF pump signal, mechanically connected to a multi-element receiving antenna, the electro-acoustic transducers of which are connected to the corresponding inputs of the adder and the output of the adder is connected to the input of the electronic signal processing unit, including an electrically connected high-pass filter, amplifier, detector, low-pass filter and low-frequency filter, while the low-frequency filter is the output of the electronic signal processing unit and is connected to the input of the spectrum analyzer, and the means for scanning the fundamental antenna according to the invention, the multi-element receiving antenna is made in the form of a rectangle with electro-acoustic transducers having RF resonances in their amplitude-frequency characteristics (AFC), the directional vertical and on the horizontal plane of the emitter, a band-pass filter is used as a high-pass filter, the central frequency of which corresponds to one of the RF resonances in the frequency response of electro-acoustic transducers, an amplitude detector is installed as a detector, and devices for mechanical scanning of the antenna in horizontal and vertical are used as means for scanning the antenna planes.

Использование направленного в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучателя ВЧ сигнала накачки позволяет повысить акустическую мощность излучения в заданном направлении, что повышает эффективность нелинейного взаимодействия акустических волн ВЧ накачки и НЧ сигнала, обеспечивая тем самым повышение помехоустойчивости ППА. The use of an RF pump signal directed in the vertical and horizontal planes of the emitter allows to increase the acoustic radiation power in a given direction, which increases the efficiency of the nonlinear interaction of the acoustic waves of the RF pump and the LF signal, thereby increasing the noise immunity of the PSA.

Выполнение многоэлементной приемной антенны в виде прямоугольника облегчает механическое сканирование ХН антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях при требуемой ширине основного максимума ХН (из-за волновых размеров антенны в соответствующей плоскости) антенны. The implementation of the multi-element receiving antenna in the form of a rectangle facilitates the mechanical scanning of the XI antenna in the vertical and horizontal planes at the required width of the main XI maximum (due to the wave dimensions of the antenna in the corresponding plane) of the antenna.

Включение в многоэлементную приемную антенну электроакустических преобразователей, имеющих в своих АЧХ высокочастотные резонансы, позволяет подавлять прямой НЧ сигнал уже до электронного блока обработки сигналов, что повышает помехоустойчивость устройства. The inclusion of electroacoustic transducers with high-frequency resonances in their multi-element receiving antenna allows suppressing the direct low-frequency signal even to the electronic signal processing unit, which increases the noise immunity of the device.

Применение амплитудного детектора позволяет расширить (вниз по частоте) диапазон регистрируемых сигналов (ниже 35 Гц). The use of an amplitude detector allows you to expand (down in frequency) the range of recorded signals (below 35 Hz).

Использование приспособлений для механического сканирования ХН антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях облегчает регистрацию НЧ многолучевого сигнала и упрощает конструкцию устройства. The use of devices for mechanical scanning of the HN antenna in the vertical and horizontal planes facilitates the registration of the low-frequency multipath signal and simplifies the design of the device.

Заявляемое устройство иллюстрируется следующими чертежами. The inventive device is illustrated by the following drawings.

Фиг. 1 - структурная схема устройства. Фиг. 2 - амплитудно-частотная характеристика электроакустического преобразователя многоэлементной антенны. Фиг. 3 - внешний вид подводной части заявляемого устройства. Фиг. 4 - схема проведения эксперимента, где 4а - взаимное расположение судов, 4б - вертикальное распределение скорости звука в точке излучения сигналов при проведении испытаний, 4в - вертикальное распределение скорости звука в точке приема сигналов при проведении испытаний. Фиг. 5 - спектрограмма НЧ многолучевого сигнала 800 Гц. Фиг. 6 - спектрограмма НЧ сигнала 28,5 Гц, 6а - для заявляемого устройства, 6б - для устройства-прототипа. FIG. 1 is a block diagram of a device. FIG. 2 - amplitude-frequency characteristic of an electro-acoustic transducer of a multi-element antenna. FIG. 3 - appearance of the underwater part of the claimed device. FIG. 4 is a diagram of the experiment, where 4a is the mutual arrangement of the vessels, 4b is the vertical distribution of the speed of sound at the point of emission of the signals during the tests, 4c is the vertical distribution of the speed of sound at the point of reception of the signals during the tests. FIG. 5 is a spectrogram of an LF multipath signal of 800 Hz. FIG. 6 is a spectrogram of the LF signal of 28.5 Hz, 6a for the inventive device, 6b for the prototype device.

Устройство для обнаружения и пеленгования низких звуковых гидроакустических излучений содержит последовательно электрически соединенные генератор 1, усилитель мощности 2, направленный в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучатель ВЧ сигнала накачки 3, механически соединенный с многоэлементной приемной антенной 4, выполненной в виде прямоугольника, электроакустические преобразователи 5 которой имеют в своих АЧХ высокочастотные резонансы и подключены к соответствующим входам сумматора 6, а выход сумматора 6 подсоединен к входу электронного блока обработки сигналов 7, содержащего последовательно электрически соединенные полосовой фильтр 8, центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки и одному из ВЧ резонансов в АЧХ электроакустических преобразователей, усилитель 9, амплитудный детектор 10, ФНЧ 11 и УНЧ 12, при этом УНЧ 12 является выходом электронного блока обработки сигналов 7 и подключен к входу спектроанализатора 13. Сканирование антенны 4 в вертикальной и горизонтальной плоскостях осуществляется при помощи приспособлений для механического сканирования антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях 14 и 15 соответственно. A device for detecting and direction finding low sonar sonic radiation includes a series-connected electrically connected generator 1, a power amplifier 2, a vertical and horizontal plane emitter of an RF pump signal 3, mechanically connected to a multi-element receiving antenna 4, made in the form of a rectangle, whose electro-acoustic transducers 5 have in their frequency response the high-frequency resonances are connected to the corresponding inputs of the adder 6, and the output of the adder 6 is connected to the input an electronic signal processing unit 7, comprising a series-electrically connected band-pass filter 8, the central frequency of which corresponds to the frequency of the RF pump signal and one of the RF resonances in the frequency response of the electro-acoustic transducers, amplifier 9, amplitude detector 10, low-pass filter 11 and ULF 12, while the ULF 12 is the output of the electronic signal processing unit 7 and connected to the input of the spectrum analyzer 13. Scanning of the antenna 4 in the vertical and horizontal planes is carried out using devices for mechanical scanning antenna in the vertical and horizontal planes 14 and 15, respectively.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

В зависимости от требуемой ширины основного максимума ХН ППА для обнаружения и пеленгования источника НЧ многолучевого сигнала по результатам предварительных измерений выбирают частоту ВЧ сигнала накачки, соответствующую одному из наиболее высокочастотных резонансов в АЧХ электроакустических преобразователей многоэлементной приемной антенны. Depending on the required width of the main maximum of the PSA’s CV, for detecting and detecting the source of the low-frequency multipath signal, the frequency of the high-frequency pump signal corresponding to one of the most high-frequency resonances in the frequency response of the electroacoustic transducers of the multi-element receiving antenna is selected according to the results of preliminary measurements.

Как видно из фиг. 2, в АЧХ электроакустического преобразователя в диапазоне частот от единиц Гц до 200 кГц наблюдается 6 резонансных частот, в качестве ВЧ сигнала накачки в процессе проведения экспериментальных исследований выбирают 6-й резонанс. As can be seen from FIG. 2, 6 resonant frequencies are observed in the frequency response of the electro-acoustic transducer in the frequency range from units of Hz to 200 kHz, and the 6th resonance is chosen as the RF pump signal during the experimental studies.

С помощью генератора 1 формируют, в усилителе 2 мощности усиливают и при помощи направленного в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучателя 3 ВЧ сигнала накачки излучают ВЧ волну накачки на частоте, соответствующей одному из ВЧ резонансов в АЧХ электроакустических преобразователей многоэлементной приемной антенны 4 и близкой (или соответствующей ей) к резонансной частоте рассеивателей звука (фазовых включений), доминирующих в объеме взаимодействия акустических волн. В нелинейной водной среде происходит взаимодействие ВЧ волны накачки с НЧ волной многолучевого сигнала с образованием ВЧ волн комбинационных частот. По максимальному соотношению с/п осуществляют пеленгование ВЧ многолучевого сигнала комбинационных частот. Принятый ВЧ сигнал комбинационных частот с максимальным соотношением с/п поступает с выходов электроакустических преобразователей 5 на соответствующие входы сумматора 6. С выхода сумматора 6 ВЧ сигнал комбинационных частот поступает на вход электронного блока обработки сигналов 7. В полосовом фильтре 8, центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки и одному из ВЧ резонансов в АЧХ электроакустических преобразователей, происходит уменьшение НЧ и ВЧ помех. Далее ВЧ сигнал комбинационных частот поступает на усилитель 9, где происходит его усиление. В амплитудном детекторе 10 осуществляют выделение НЧ полезного сигнала из ВЧ сигнала комбинационных частот методом детектирования. В ФНЧ 11 осуществляют уменьшение влияния ВЧ помех, а в УНЧ 12 - усиление НЧ полезного сигнала. Далее сигнал поступает на вход спектроанализатора 13, где происходит спектрально-временной анализ принятого НЧ полезного сигнала и определяются его основные параметры (частота, амплитуда и др. ). Сканирование антенны 4 в вертикальной и горизонтальной плоскостях осуществляют при помощи приспособлений для механического сканирования в вертикальной и горизонтальной плоскостях 14 и 15 соответственно. Using a generator 1, they are formed, in the amplifier 2, the powers are amplified and, using the RF emitter 3 directed in the vertical and horizontal planes, the RF pump signal is emitted by the RF pump wave at a frequency corresponding to one of the RF resonances in the frequency response of the electroacoustic transducers of the multi-element receiving antenna 4 and close (or corresponding she) to the resonant frequency of sound scatterers (phase inclusions), dominant in the volume of interaction of acoustic waves. In a nonlinear aqueous medium, an HF pump wave interacts with an LF wave of a multipath signal to produce HF waves of Raman frequencies. At the maximum ratio s / n, direction finding of the HF multipath signal of combination frequencies is carried out. The received high-frequency signal of Raman frequencies with a maximum s / n ratio is supplied from the outputs of the electro-acoustic transducers 5 to the corresponding inputs of the adder 6. From the output of the adder 6, the high-frequency signal of the Raman frequencies is fed to the input of the electronic signal processing unit 7. In a band-pass filter 8, the central frequency of which corresponds to the frequency RF pump signal and one of the RF resonances in the frequency response of electro-acoustic transducers, there is a decrease in low and high frequency interference. Next, the RF signal of the Raman frequencies is fed to the amplifier 9, where it is amplified. In the amplitude detector 10, a low-frequency useful signal is extracted from the high-frequency signal of the Raman frequencies by the detection method. In the low-pass filter 11, the influence of RF interference is reduced, and in the low-frequency filter 12, the bass signal is amplified. Next, the signal is fed to the input of the spectrum analyzer 13, where a spectral-time analysis of the received low-frequency signal is performed and its main parameters (frequency, amplitude, etc.) are determined. Scanning of the antenna 4 in the vertical and horizontal planes is carried out using devices for mechanical scanning in the vertical and horizontal planes 14 and 15, respectively.

Подтверждением "промышленной применимости" заявляемого устройства служат результаты натурной экспертизы. На фиг. 3 показан внешний вид опускаемой части макета разработанного устройства, который использовался в нескольких экспедициях на научно-исследовательских и рыбопоисковых судах. Confirmation of "industrial applicability" of the claimed device are the results of field examination. In FIG. Figure 3 shows the appearance of the omitted part of the layout of the developed device, which was used in several expeditions on research and fishing vessels.

Примеры:
Во время проведения натурной экспертизы разработанного устройства в Японском море использовался источник НЧ полезного сигнала 800 Гц, расположенный на расстоянии 138 км от ППА (фиг. 4 а). Носителями данных акустических систем (излучаемых и приемных) являлись научно-исследовательские суда, находившиеся на якорях. При испытаниях в разработанном устройстве (фиг. 1 и 3) использовался направленный (за счет своих волновых размеров) в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучатель ВЧ сигнала накачки поршневого типа. Частота сигнала накачки соответствовала 6-му резонансу в АЧХ электроакустического преобразователя (фиг. 2) и составляла величину 192 кГц.Examples:
During the on-site examination of the developed device in the Sea of Japan, a low-frequency source of useful signal 800 Hz was used, located at a distance of 138 km from the PSA (Fig. 4 a). The carriers of these acoustic systems (radiated and receiving) were research vessels anchored. In tests in the developed device (Figs. 1 and 3), a directional (due to its wave dimensions) vertical and horizontal planes used a piston-type RF pump signal emitter. The frequency of the pump signal corresponded to the 6th resonance in the frequency response of the electro-acoustic transducer (Fig. 2) and amounted to 192 kHz.

Пример 1. С помощью разработанного устройства были зарегистрированы 5 направлений прихода в вертикальной плоскости НЧ многолучевого сигнала 800 Гц: +9, +7, +1. . . -1, -12 градусов (фиг. 5). При этом удалось не только выделить группу лучей с максимальным (до 20 дБ) соотношением с/п (+1...-1 градус), но и определить координаты излучателя НЧ сигнала путем решения обратной лучевой задачи из "мнимого" источника, местом которого является место расположения ППА. В то время как при помощи устройства-прототипа удалось зарегистрировать всего лишь одно направление прихода НЧ сигнала (под углом 0 градусов) с соотношением с/п 3 дБ. Example 1. Using the developed device, 5 directions of arrival in the vertical plane of the low-frequency multipath signal of 800 Hz were recorded: +9, +7, +1. . . -1, -12 degrees (Fig. 5). At the same time, it was possible not only to select a group of beams with a maximum (up to 20 dB) s / n ratio (+1 ...- 1 degree), but also to determine the coordinates of the low-frequency emitter by solving the inverse ray problem from an "imaginary" source, the location of which is the location of the PAP. While using the prototype device, it was possible to register only one direction of arrival of the low-frequency signal (at an angle of 0 degrees) with a ratio of s / n 3 dB.

Пример 2. На фиг. 6 показаны результаты обнаружения и пеленгования низких звуковых гидроакустических излучений с помощью разработанного устройства (фиг. 6а) и устройства-прототипа (фиг. 6б). Как видно из фиг. 6 а, зарегистрировать сигнал на частоте 28,5 Гц удалось только с помощью разработанного устройства. При этом соотношение с/п составляло величину 20...24 дБ (фиг. 6а). Example 2. In FIG. 6 shows the results of the detection and direction finding of low sonar sonic radiation using the developed device (Fig. 6a) and a prototype device (Fig. 6b). As can be seen from FIG. 6 a, it was possible to register the signal at a frequency of 28.5 Hz only with the help of the developed device. In this case, the s / n ratio was 20 ... 24 dB (Fig. 6a).

Из примера 1 следует, что заявляемое устройство позволяет обнаруживать и пеленговать НЧ (800 Гц) многолучевой (5 направлений прихода в вертикальной плоскости) гидроакустический сигнал из дальних (138 км) зон акустической освещенности. Пример 2 наглядно подтверждает, что заявляемое устройство позволяет регистрировать гидроакустические сигналы в диапазоне частот ниже 35 Гц (28,5 Гц). From example 1 it follows that the inventive device allows to detect and direction-finding low-frequency (800 Hz) multipath (5 directions of arrival in the vertical plane) sonar signal from distant (138 km) zones of acoustic illumination. Example 2 clearly confirms that the inventive device allows you to record sonar signals in the frequency range below 35 Hz (28.5 Hz).

Учитывая результаты проведенных модельных исследований с источниками НЧ гидроакустических сигналов (примеры 1, 2), можно с уверенностью констатировать, что заявляемое устройство способно обнаруживать и пеленговать гидроакустические излучения морских биологических объектов в диапазоне от единиц Гц (ниже 35 Гц) и выше, так как именно в этом диапазоне частот содержатся наиболее информативные признаки шумоизлучений большинства промысловых объектов. В таблице представлен диапазон частот некоторых пузырьковых рыб, в котором сосредоточена наибольшая энергия их шумоизлучений /Сорокин М.А. Слуховые способности некоторых дальневосточных рыб// Автореферат диссерт. к.б.н.-М.: ИЭМЭК, 1984, 28 с./. Given the results of model studies with sources of low frequency sonar signals (examples 1, 2), we can confidently state that the inventive device is capable of detecting and direction finding sonar radiation of marine biological objects in the range from units of Hz (below 35 Hz) and higher, since this frequency range contains the most informative signs of noise emissions from most fishing facilities. The table shows the frequency range of some bubble fish, in which the largest energy of their noise emissions is concentrated / Sorokin M.A. Auditory abilities of some Far Eastern fish // Abstract of thesis. Ph.D.-M.: IEMEK, 1984, 28 pp. /.

Благодаря простоте и возможности обнаруживать и пеленговать низкие звуковые гидроакустические излучения морских биологических объектов на больших расстояниях с высокой помехоустойчивостью и помехозащищенностью, заявляемое устройство должно найти широкое использование в рыбопоисковых гидроакустических средствах, применяемых на рыбопромысловых судах. Due to the simplicity and ability to detect and detect low sonar sonar radiation of marine biological objects over long distances with high noise immunity and noise immunity, the inventive device should find widespread use in fish-finding sonar equipment used on fishing vessels.

Преимущества разработанного устройства перед устройством-прототипом заключаются в следующем:
1. Повышается помехозащищенность ППА за счет использования в многоэлементной приемной антенне электроакустических преобразователей, имеющих в своих амплитудно-частотных характеристиках ВЧ акустические резонансы. Данное обстоятельство приводит к тому, что прямой НЧ сигнал не попадает на вход блока обработки сигналов, что исключает его "паразитное" взаимодействие с ВЧ сигналом накачки. Другими словами используются "фильтрующие" свойства самого электроакустического преобразователя.The advantages of the developed device over the prototype device are as follows:
1. Increases the noise immunity of the PAP due to the use of electro-acoustic transducers in the multi-element receiving antenna, which have RF acoustic resonances in their amplitude-frequency characteristics. This circumstance leads to the fact that the direct low-frequency signal does not get to the input of the signal processing unit, which excludes its “spurious” interaction with the high-frequency pump signal. In other words, the “filtering” properties of the electro-acoustic transducer itself are used.

2. Повышается помехоустойчивость ППА за счет использования направленного в вертикальной и горизонтальной плоскостях излучателя ВЧ сигнала накачки. Данное обстоятельство, с одной стороны, ограничивает объем взаимодействующих волн в вертикальной плоскости ("экономит" акустическую мощность), а, с другой стороны, увеличивает его протяженность в горизонтальной плоскости (увеличивает базу ППА). 2. Increases the noise immunity of the PAP due to the use of an RF pump signal directed in the vertical and horizontal planes of the emitter. This circumstance, on the one hand, limits the volume of interacting waves in the vertical plane (“saves” acoustic power), and, on the other hand, increases its length in the horizontal plane (increases the base of the PSA).

3. Дополнительно повышается помехоустойчивость ППА за счет включения в ее конструкцию приспособления для сканирования ХН антенны в вертикальной плоскости и пеленгования наиболее энергонесущих лучей НЧ многолучевого сигнала в условиях существования дальних зон акустической освещенности. 3. Additionally, the noise immunity of the PAP is increased due to the inclusion in its design of a device for scanning the CN antenna in the vertical plane and direction finding of the most energy-carrying rays of the low-frequency multipath signal in the presence of distant zones of acoustic illumination.

4. Упрощается схема обработки сигналов в связи с отсутствием необходимости обеспечения электронного сканирования ХН антенны в горизонтальной плоскости. 4. The signal processing scheme is simplified due to the lack of the need for electronic scanning of the HN antenna in the horizontal plane.

5. Уменьшается уровень прямого сигнала накачки, являющегося, в определенном смысле, собственной помехой для ППА, за счет использования направленного в обеих плоскостях излучателя ВЧ сигнала накачки, а также резонансных свойств электроакустических преобразователей многоэлементной приемной антенны. 5. The level of the direct pump signal is reduced, which is, in a certain sense, an intrinsic obstacle for the PSA, due to the use of the RF pump signal directed in both planes of the RF emitter, as well as the resonance properties of the electro-acoustic transducers of the multi-element receiving antenna.

6. Расширяется (вниз) частотный диапазон принимаемых сигналов (ниже 35 Гц) за счет исключения из схемы обработки сигналов режекторного фильтра и фазового детектора, а также включения в схему полосового фильтра и амплитудного детектора. 6. The frequency range of the received signals is expanded (down) (below 35 Hz) due to the exclusion of the notch filter and the phase detector from the signal processing circuit, as well as the inclusion of a band-pass filter and an amplitude detector in the circuit.

7. У разработанного устройства появляются новые свойства. Например, возможность принимать отдельные акустические лучи НЧ многолучевого сигнала в условиях существования дальних зон акустической освещенности, а затем определять координаты источника НЧ сигнала путем решения обратной лучевой задачи. 7. The developed device has new properties. For example, the ability to receive individual acoustic beams of a low-frequency multipath signal in the presence of far zones of acoustic illumination, and then determine the coordinates of the source of the low-frequency signal by solving the inverse radiation problem.

Claims

A device for detecting and direction finding low sonar sonic radiation, comprising a series-connected electrically connected generator, a power amplifier and a high-frequency pump signal emitter, mechanically connected to a multi-element receiving antenna, the electro-acoustic transducers of which are connected to the corresponding inputs of the adder, and the output of the adder is connected to the input of the electronic signal processing unit comprising a series-electrically connected high-pass filter, an amplifier, a detector, a low-pass filter and a low-frequency amplifier, which is the output of the electronic signal processing unit and connected to the input of the spectrum analyzer, and means for scanning the directivity of the antenna, characterized in that the multi-element receiving antenna is made in the form of a rectangle with electro-acoustic transducers having in their amplitude frequency characteristics of high-frequency resonances, a radiator mounted in the vertical and on the horizontal planes of the emitter, a band-pass filter is used as a high-pass filter, the central frequency of which corresponds to one of the high-frequency resonances in the amplitude-frequency characteristic of electro-acoustic transducers, an amplitude detector is used as a detector, and devices for mechanical scanning of the antenna are used as means for scanning the directivity of the antenna in horizontal and vertical planes.