RU2445642C1 - Acoustic parametric receiver - Google Patents
Acoustic parametric receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2445642C1 RU2445642C1 RU2010143244/28A RU2010143244A RU2445642C1 RU 2445642 C1 RU2445642 C1 RU 2445642C1 RU 2010143244/28 A RU2010143244/28 A RU 2010143244/28A RU 2010143244 A RU2010143244 A RU 2010143244A RU 2445642 C1 RU2445642 C1 RU 2445642C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- acoustic
- frequency
- signal
- phase
- output
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Circuit For Audible Band Transducer (AREA)
Abstract
Description
Изобретение предназначено для направленного приема акустических сигналов в различных средах и может быть использовано в гидроакустике, при локации, регистрации шумов, а также во всех областях науки и техники, связанных с необходимостью направленного приема акустических сигналов.The invention is intended for directional reception of acoustic signals in various environments and can be used in sonar, in locations, registration of noise, as well as in all areas of science and technology related to the need for directional reception of acoustic signals.
Известно устройство для параметрического приема акустических сигналов, использующее эффект взаимодействия принимаемого низкочастотного сигнала с вспомогательным высокочастотным акустическим сигналом [1] и содержащее генератор высокочастотного электрического напряжения, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте со вторым акустическим преобразователем, соединенным через последовательно соединенные избирательный усилитель и узкополосный фильтр с регистратором. Высокочастотное напряжение с генератора поступает на акустический преобразователь, излучающий в среду вспомогательный высокочастотный акустический сигнал, который распространяется в среде и принимается вторым акустическим преобразователем. Электрический сигнал с этого преобразователя через последовательно соединенные избирательный усилитель и узкополосный фильтр поступает на регистратор.A device for the parametric reception of acoustic signals using the effect of the interaction of the received low-frequency signal with an auxiliary high-frequency acoustic signal [1] and containing a high-frequency electric voltage generator connected to an acoustic transducer in acoustic contact with a second acoustic transducer connected through a series-connected selective amplifier and narrowband filter with recorder. The high-frequency voltage from the generator is supplied to an acoustic transducer that emits an auxiliary high-frequency acoustic signal to the medium, which propagates in the medium and is received by the second acoustic transducer. The electrical signal from this converter through a series-connected selective amplifier and a narrow-band filter is fed to the recorder.
При распространении в среде принимаемого низкочастотного акустического сигнала одновременно с вспомогательным высокочастотным, происходит их взаимодействие и появление дополнительных гармонических составляющих в спектре высокочастотного сигнала с частотами, разными сумме и разности частот высокочастотного и низкочастотного сигналов. Этот сложный сигнал принимается вторым акустическим преобразователем, усиливается в избирательном усилителе, и боковые составляющие с суммарной или разностной частотами, несущие информацию о принимаемом низкочастотном сигнале, выделяются узкополосным фильтром и подаются на регистратор.When the received low-frequency acoustic signal propagates in the medium simultaneously with the auxiliary high-frequency signal, they interact and additional harmonic components appear in the spectrum of the high-frequency signal with frequencies, different sums and frequency differences of the high-frequency and low-frequency signals. This complex signal is received by the second acoustic transducer, amplified in a selective amplifier, and the side components with the sum or difference frequencies carrying information about the received low-frequency signal are extracted by a narrow-band filter and fed to the recorder.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные следующим. Амплитуда боковых составляющих значительно меньше амплитуды основного высокочастотного сигнала, поэтому их фильтрация сопряжена со значительными трудностями: При высокой добротности фильтрующих цепей значительно увеличивается длительность переходных процессов; фильтры должны иметь значительную прямоугольность, чтобы эффективно подавлять основной высокочастотный сигнал. Все тракты приемника должны иметь линейные амплитудные характеристики как для малых сигналов с суммарными и разностными частотами, так и для основного высокочастотного сигнала в среде взаимодействия (изменение коэффициента затухания, параметра нелинейности среды), который влияет на общую чувствительность параметрического приемника. Для изменения направления приема низкочастотного акустического сигнала необходимо механически перемещать в среде акустические преобразователи.The reasons that impede the achievement of the technical result are limited operational capabilities due to the following. The amplitude of the side components is much smaller than the amplitude of the main high-frequency signal, so their filtering is associated with significant difficulties: With a high quality factor of the filter chains, the duration of the transient processes significantly increases; Filters must have significant squareness in order to effectively suppress the main high-frequency signal. All receiver paths should have linear amplitude characteristics for both small signals with sum and difference frequencies, and for the main high-frequency signal in the interaction medium (change in attenuation coefficient, medium nonlinearity parameter), which affects the overall sensitivity of the parametric receiver. To change the direction of reception of a low-frequency acoustic signal, it is necessary to mechanically move acoustic transducers in the medium.
Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: генератор высокочастотного электрического напряжения, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте со вторым акустическим преобразователем, соединенным с избирательным усилителем, регистратор.Signs that match the claimed object: a high-frequency voltage generator connected to an acoustic transducer in acoustic contact with a second acoustic transducer connected to a selective amplifier, a recorder.
От ряда данных недостатков свободно устройство для параметрического приема акустических сигналов [2], в котором для получения информации о принимаемом акустическом сигнале используют все частотные составляющие вспомогательного высокочастотного сигнала, а не только боковые составляющие с суммарными или разностными частотами, и содержащее генератор высокочастотного электрического напряжения, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте через среду со вторым акустическим преобразователем, соединенным через последовательно соединенные избирательный усилитель и фазовый детектор с регистратором; второй вход фазового детектора соединен с выходом генератора высокочастотного электрического напряжения. В этом устройстве также используется эффект взаимодействия принимаемого низкочастотного сигнала с вспомогательным высокочастотным акустическим сигналом.A device for parametric reception of acoustic signals is free from a number of these shortcomings [2], in which all frequency components of the auxiliary high-frequency signal are used to obtain information about the received acoustic signal, and not just the side components with total or difference frequencies, and containing a high-frequency voltage generator, connected to an acoustic transducer in acoustic contact through the medium with a second acoustic transducer, connected nnym through the series-connected selective amplifier and phase detector with the registrar; the second input of the phase detector is connected to the output of the high-frequency voltage generator. This device also uses the effect of the interaction of the received low-frequency signal with the auxiliary high-frequency acoustic signal.
Высокочастотное напряжение с генератора поступает на акустический преобразователь, излучающий в среду вспомогательный высокочастотный акустический сигнал, который распространяется в среде и принимается вторым акустическим преобразователем. Электрический сигнал с этого преобразователя через избирательный усилитель поступает на один из входов фазового детектора, второй вход которого соединен с генератором высокочастотного электрического напряжения, а выход фазового детектора соединен с регистратором.The high-frequency voltage from the generator is supplied to an acoustic transducer that emits an auxiliary high-frequency acoustic signal to the medium, which propagates in the medium and is received by the second acoustic transducer. The electrical signal from this converter through a selective amplifier is fed to one of the inputs of the phase detector, the second input of which is connected to a high-frequency voltage generator, and the output of the phase detector is connected to the recorder.
Если низкочастотный акустический сигнал распространяется в том же участке среды, где и вспомогательный высокочастотный, то в результате их взаимодействия происходит фазовая модуляция высокочастотного сигнала низкочастотным [3]. В результате этого на выходе фазового детектора получается электрическое напряжение, несущее информацию о принимаемом низкочастотном сигнале.If a low-frequency acoustic signal propagates in the same area of the medium as the auxiliary high-frequency signal, then as a result of their interaction, phase modulation of the high-frequency signal by the low-frequency signal occurs [3]. As a result of this, an electric voltage is obtained at the output of the phase detector, which carries information about the received low-frequency signal.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные следующим. Использование фазового детектирования для выделения информации о принимаемом сигнале обуславливает жесткие требования к стабильности частотно-фазовых характеристик всех узлов параметрического приемника. Амплитудная характеристика фазового детектора имеет периодическую зависимость от разности фаз сигналов, поступающих на его входы [4, с. 168], а так как в данном параметрическом приемнике начальные фазы детектируемых сигналов имеют произвольные значения, то нарушается функциональная связь между принимаемым низкочастотным акустическим сигналом и сигналом на выходе фазового детектора. Уровень сигнала на выходе фазового детектора зависит от уровней сигналов, поступающих на его входы. Сигнал, поступающий с выхода генератора высокочастотного электрического напряжения на один из входов фазового детектора, имеет постоянную амплитуду, а уровень сигнала, поступающего на второй вход фазового детектора с избирательного усилителя, зависит от многих причин (взаимная ориентация акустических преобразователей, величина коэффициента затухания акустического высокочастотного сигнала в среде и др.). Для изменения направления приема низкочастотного акустического сигнала необходимо механически перемещать в среде акустические преобразователи.The reasons that impede the achievement of the technical result are limited operational capabilities due to the following. The use of phase detection to isolate information about the received signal determines stringent requirements for the stability of the frequency-phase characteristics of all nodes of the parametric receiver. The amplitude characteristic of the phase detector has a periodic dependence on the phase difference of the signals arriving at its inputs [4, p. 168], and since in this parametric receiver the initial phases of the detected signals have arbitrary values, the functional connection between the received low-frequency acoustic signal and the signal at the output of the phase detector is violated. The signal level at the output of the phase detector depends on the levels of the signals supplied to its inputs. The signal coming from the output of the high-frequency voltage generator to one of the inputs of the phase detector has a constant amplitude, and the level of the signal coming to the second input of the phase detector from the selective amplifier depends on many reasons (relative orientation of the acoustic transducers, the attenuation coefficient of the acoustic high-frequency signal in the environment, etc.). To change the direction of reception of a low-frequency acoustic signal, it is necessary to mechanically move acoustic transducers in the medium.
От ряда перечисленных недостатков свободен «Акустический параметрический приемник» [5], имеющий наибольшее количество совпадающих признаков с заявляемым устройством. Он содержит: генератор высокочастотного электрического напряжения, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте с широкополосным акустическим преобразователем, соединенным через последовательно соединенные избирательный фазовращатель и фазовый детектор с регистрирующим устройством; второй вход фазового детектора соединен с выходом генератора высокочастотного электрического напряжения, широкополосный акустический преобразователь соединен также через последовательно соединенные резонансный усилитель и амплитудный детектор с управляющим входом избирательного усилителя, а выход фазового детектора через интегратор соединен с управляющим входом фазовращателя.From a number of these shortcomings is free "Acoustic parametric receiver" [5], having the largest number of matching features with the claimed device. It contains: a high-frequency voltage generator connected to an acoustic transducer in acoustic contact with a broadband acoustic transducer connected through a series-connected selective phase shifter and phase detector to a recording device; the second input of the phase detector is connected to the output of the high-frequency voltage generator, the broadband acoustic transducer is also connected through a series-connected resonant amplifier and amplitude detector to the control input of the selective amplifier, and the output of the phase detector through the integrator is connected to the control input of the phase shifter.
Генератор вырабатывает электрическое высокочастотное напряжение, поступающее на акустический преобразователь и на один из входов фазового детектора. Акустический сигнал излучается преобразователем в среду и принимается широкополосным акустическим преобразователем. Под воздействием внешнего акустического сигнала, а также в результате нелинейности параметров среды сигнал, принимаемый приемным преобразователем, будет иметь сложный спектр, состоящий из высокочастотного сигнала с боковыми частотными составляющими, а также из гармоник высокочастотного сигнала. Причем соотношение амплитуд гармоник будет зависеть только от значений параметров нелинейности среды. Гармоники высокочастотного сигнала усиливаются резонансным усилителем и детектируются амплитудным детектором; напряжением с его выхода изменяют коэффициент передачи избирательного усилителя таким образом, что его усиление уменьшается при увеличении нелинейных характеристик среды. Напряжение с выхода избирательного усилителя через регулируемый фазовращатель подается на второй вход фазового детектора. Постоянная составляющая напряжения на выходе фазового детектора близка к нулю в том случае, если его рабочая точка находится в центре линейного участка его амплитудной характеристики. Эта постоянная составляющая выделяется интегратором и управляет фазовращателем так, чтобы фазовый детектор работал на линейном участке своей амплитудной характеристики. Таким образом, напряжение на выходе фазового детектора будет однозначно характеризовать принимаемый низкочастотный акустический сигнал и не будет зависть от изменения характеристик среды, то есть приемник будет иметь постоянную чувствительность.The generator generates an electrical high-frequency voltage supplied to the acoustic transducer and to one of the inputs of the phase detector. An acoustic signal is emitted by the transducer into the medium and is received by a broadband acoustic transducer. Under the influence of an external acoustic signal, as well as as a result of nonlinearity of the medium parameters, the signal received by the receiving transducer will have a complex spectrum consisting of a high-frequency signal with side frequency components, as well as harmonics of the high-frequency signal. Moreover, the ratio of the harmonics amplitudes will depend only on the values of the nonlinearity parameters of the medium. Harmonics of the high-frequency signal are amplified by a resonant amplifier and detected by an amplitude detector; voltage from its output change the transfer coefficient of the selective amplifier so that its gain decreases with increasing non-linear characteristics of the medium. The voltage from the output of the selective amplifier through an adjustable phase shifter is supplied to the second input of the phase detector. The constant component of the voltage at the output of the phase detector is close to zero if its operating point is in the center of the linear portion of its amplitude characteristic. This constant component is extracted by the integrator and controls the phase shifter so that the phase detector operates on a linear portion of its amplitude characteristic. Thus, the voltage at the output of the phase detector will uniquely characterize the received low-frequency acoustic signal and will not depend on changes in the characteristics of the medium, that is, the receiver will have a constant sensitivity.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные тем, что для изменения направления приема низкочастотного акустического сигнала необходимо механически перемещать в среде акустические преобразователи, то есть невозможно осуществлять электрическое сканирование направления приема низкочастотного акустического сигнала.The reasons that impede the achievement of the technical result are limited operational capabilities due to the fact that in order to change the direction of reception of the low-frequency acoustic signal, it is necessary to mechanically move the acoustic transducers in the medium, that is, it is impossible to carry out electrical scanning of the direction of reception of the low-frequency acoustic signal.
Целью настоящего изобретения является расширение эксплуатационных возможностей параметрического приемника.The aim of the present invention is to expand the operational capabilities of a parametric receiver.
Эта цель достигается тем, что в акустический параметрический приемник, содержащий регистратор, генератор высокочастотного электрического напряжения, соединенный с акустическим преобразователем, находящимся в акустическом контакте с широкополосным акустическим преобразователем, соединенным через последовательно соединенные избирательный усилитель и фазовращатель с фазовым детектором; второй вход фазового детектора соединен с выходом генератора высокочастотного электрического напряжения, широкополосный акустический преобразователь соединен через последовательно соединенные резонансный усилитель и амплитудный детектор с управляющим входом избирательного усилителя, а выход фазового детектора через интегратор соединен с управляющим входом фазовращателя, дополнительно введены аттенюатор, расположенный между выходом фазового детектора и регистратором, а также блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генератора высокочастотного электрического напряжения, резонансного усилителя, аттенюатора, регистратора и со вторым управляющим входом избирательного усилителя; между акустическим преобразователем и широкополосным акустическим преобразователем расположен акустический волновод, границы которого прозрачны для низкочастотного акустического сигнала и непрозрачны для высокочастотного акустического сигнала.This goal is achieved by the fact that in the acoustic parametric receiver comprising a recorder, a high-frequency voltage generator connected to an acoustic transducer in acoustic contact with a broadband acoustic transducer connected through a series-connected selective amplifier and phase shifter to a phase detector; the second input of the phase detector is connected to the output of the high-frequency voltage generator, the broadband acoustic transducer is connected through a series-connected resonant amplifier and the amplitude detector to the control input of the selective amplifier, and the output of the phase detector through the integrator is connected to the control input of the phase shifter, an attenuator located between the phase output is additionally introduced detector and recorder, as well as a control unit, the output of which is connected to the control E oscillator inputs the high frequency electric voltage, resonant amplifier, attenuator, the registrar and a second control input of the selective amplifier; Between the acoustic transducer and the broadband acoustic transducer there is an acoustic waveguide, the boundaries of which are transparent to the low-frequency acoustic signal and opaque to the high-frequency acoustic signal.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема устройства, а на фиг.2 - схема акустического тракта параметрического приемника, на фиг.3 - результаты расчета диаграмм направленности акустического параметрического приемника.The invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows the functional diagram of the device, and figure 2 is a diagram of the acoustic path of the parametric receiver, figure 3 is the calculation results of radiation patterns of the acoustic parametric receiver.
Акустический параметрический приемник содержит генератор высокочастотного электрического напряжения 1, соединенный с акустическим преобразователем 2, находящимся в акустическом контакте через акустический волновод 3, границы которого прозрачны для низкочастотного акустического сигнала и непрозрачны для высокочастотного акустического сигнала с широкополосным акустическим преобразователем 4, соединенным через последовательно соединенные избирательный усилитель 5, фазовращатель 6, фазовый детектор 7, аттенюатор 8 с регистратором 9; второй вход фазового детектора 7 соединен с выходом генератора высокочастотного электрического напряжения 1, широкополосный акустический преобразователь 4 соединен через последовательно соединенные резонансный усилитель 10 и амплитудный детектор 11 с управляющим входом избирательного усилителя 5, а выход фазового детектора 7 через интегратор 12 соединен с управляющим входом фазовращателя 6, выходы блока управления 13 соединены с управляющими входами генератора высокочастотного электрического напряжения 1, резонансного усилителя 10, аттенюатора 8, регистратора 9 и со вторым управляющим входом избирательного усилителя 5.The acoustic parametric receiver comprises a high-frequency
Высокочастотное электрическое напряжение с выхода генератора 1 поступает на один из входов фазового детектора 7, а также на акустический преобразователь 2, излучающий в акустический волновод 3 акустический высокочастотный сигнал. Границы волновода прозрачны для низкочастотного акустического сигнала и непрозрачны для высокочастотного акустического сигнала. Параметры волновода 3 выбирают такими, чтобы скорость распространения акустического высокочастотного сигнала в нем зависела от частоты (см., например, [6]). Одновременно в волноводе распространяется акустический низкочастотный сигнал, который необходимо принять. При одновременном распространении в материале волновода высокочастотного и низкочастотного акустических сигналов происходит их взаимодействие, в результате которого высокочастотный сигнал модулируется по фазе низкочастотным. Этот промодулированный по фазе высокочастотный сигнал, а также его высшие гармоники принимаются широкополосным акустическим преобразователем 4, сигнал с которого поступает на вход избирательного усилителя 5, настроенного на частоту высокочастотного сигнала и на вход резонансного усилителя 10, настроенного на частоту одной из гармоник (например - вторую) высокочастотного сигнала. Уровень гармоник высокочастотного сигнала, при условии, что уровень высокочастотного сигнала постоянен, зависит от величины параметра нелинейности среды волновода. Сигнал с выхода резонансного усилителя 10 детектируется амплитудным детектором 11, поступает на управляющий вход избирательного усилителя 5 и изменяет его коэффициент усиления (чем больше уровень управляющего сигнала, тем меньше коэффициент усиления). Это позволяет устранить погрешности, вызванные изменениями величины коэффициента нелинейности материала волновода. С выхода избирательного усилителя 5, через фазовращатель 6, сигнал поступает на второй вход фазового детектора 7, а с его выхода продетектированный сигнал, соответствующий принимаемому низкочастотному сигналу, через аттенюатор 8 подается на вход регистратора 9. Выход фазового детектора 7 через интегратор 12 соединен с управляющим входом фазовращателя 6. Постоянная составляющая напряжения на выходе фазового детектора 7 близка к нулю в том случае, если рабочая точка детектора находится в центре линейного участка его амплитудной характеристики. Эта постоянная составляющая выделяется интегратором 12 и управляет фазовращателем 6 так, чтобы фазовый детектор работал на линейном участке своей амплитудной характеристики. Таким образом, устраняется погрешность, вызванная изменениями характеристик материала волновода, а также фазовыми нестабильностями блоков параметрического приемника, т.е. приемник будет иметь постоянную чувствительность. Для сканирования в пространстве диаграммы направленности параметрического приемника, с выхода блока управления 13 управляющие сигналы поступают на управляющий вход генератора высокочастотного электрического напряжения 1 и изменяют частоту вырабатываемого электрического напряжения, на управляющий вход резонансного усилителя 10 и изменяют частоту настройки усилителя так, чтобы она была равной частоте одной из гармоник высокочастотного сигнала, на управляющий вход аттенюатора 8 и изменяют его коэффициент передачи таким образом, чтобы скомпенсировать погрешности, вызванные за счет изменений крутизны амплитудной характеристики фазового детектора и изменения затухания высокочастотного сигнала в материале волновода при изменении его частоты, на управляющий вход избирательного усилителя 5 и изменяющего частоту настройки усилителя так, чтобы она была равна частоте высокочастотного сигнала, и на управляющий вход регистратора 9, передающего информацию о положении в пространстве максимума диаграммы направленности параметрического приемника.High-frequency electrical voltage from the output of the
Акустический тракт простейшей приемной параметрической антенны содержит излучающий и приемный преобразователи, расположенные на расстоянии L друг от друга, как показано на фиг.2. Диаграмма направленности такой антенны зависит от отношения расстояния L к длине волны низкочастотного сигнала Λ, причем для направленного приема необходимо иметь L/Λ>>1. Если принимают низкочастотную плоскую звуковую волну, распространяющуюся под углом θ к оси x, то изменение скорости распространения вспомогательной высокочастотной акустической волны вследствие нелинейности среды можно определить как:The acoustic path of the simplest receiving parametric antenna contains emitting and receiving transducers located at a distance L from each other, as shown in Fig.2. The directivity pattern of such an antenna depends on the ratio of the distance L to the wavelength of the low-frequency signal Λ, and for directional reception it is necessary to have L / Λ >> 1. If a low-frequency plane sound wave is propagated at an angle θ to the x axis, then the change in the propagation velocity of the auxiliary high-frequency acoustic wave due to the nonlinearity of the medium can be defined as:
где 
где Р0Ω - амплитуда звукового давления низкочастотной волны сигнала [7, 8]. Вычисляя приращение скорости звука [7, 8] и проекцию колебательной скорости частиц в низкочастотной волне на ось хwhere P 0Ω is the amplitude of the sound pressure of the low-frequency wave signal [7, 8]. Calculating the increment of the speed of sound [7, 8] and the projection of the vibrational velocity of particles in a low-frequency wave on the x axis
а также функцию вторичных источниковas well as the function of secondary sources
где 
где 
Приведенное выражение показывает, что характеристика направленности приемной параметрической антенны при распространении волн накачки в свободном пространстве в среде без дисперсии представляет собой характеристику направленности антенны бегущей волны. При этом максимум характеристики направленности получается при θ=0. Это физически объяснимо тем, что максимум взаимодействия волн получается при коллинеарном распространении волн и с равными скоростями.The above expression shows that the directivity characteristic of the receiving parametric antenna during the propagation of pump waves in free space in a medium without dispersion is a directivity characteristic of the traveling wave antenna. In this case, the maximum directivity characteristic is obtained at θ = 0. This is physically explained by the fact that the maximum wave interaction is obtained with collinear wave propagation and with equal speeds.
Если вспомогательная высокочастотная акустическая волна накачки распространяется в круглом звукопрозрачном для низкочастотных волн сигнала волноводе, то фазовая скорость волн накачки может изменяться при изменении частоты волны накачки вследствие геометрической дисперсии. На апертуре антенны поле будет аналогично полю бегущей волны и будет создано фазовое распределение источников, возникающих в результате нелинейного взаимодействия, по длине антенны, меняющееся при изменении частоты волны накачки.If the auxiliary high-frequency acoustic pump wave propagates in a waveguide that is circularly transparent to the low-frequency signal waves, then the phase velocity of the pump waves can change with a change in the frequency of the pump wave due to geometric dispersion. At the aperture of the antenna, the field will be similar to the field of a traveling wave and a phase distribution of sources resulting from nonlinear interaction will be created along the length of the antenna, changing with a change in the frequency of the pump wave.
Пусть поле на апертуре антенны описывается формулойLet the field at the antenna aperture be described by the formula
a(x,t)=Aei(ωt-α(x)),a (x, t) = Ae i (ωt-α (x)) ,
где ω - угловая частота, амплитуда А постоянна, а фаза распределена по линейному закону α(x)=βx, где 
Фазовая скорость волн накачки в круглом волноводе больше скорости звука в бездисперсионной среде, и прием максимален с направления, соответствующего углу θ к оси х 
Получить характеристику направленности такой антенны возможно интегрированием поля, создаваемого источниками с таким фазовым распределением. В результате получимIt is possible to obtain the directivity characteristic of such an antenna by integrating the field created by sources with such a phase distribution. As a result, we get
Поскольку фазовая скорость в круглом волноводе может изменяться от скорости звука в бездисперсионной среде до бесконечности, проанализируем изменения характеристики направленности приемной параметрической антенны при изменении фазовой скорости волны накачки. При этом, учитывая, что направленность в основном определяется интегралом в выражении (2), будем определять характеристику направленности в видеSince the phase velocity in a circular waveguide can vary from the speed of sound in a dispersionless medium to infinity, we analyze the changes in the directivity of the receiving parametric antenna when the phase velocity of the pump wave changes. Moreover, given that the directivity is mainly determined by the integral in expression (2), we will determine the directivity characteristic in the form
На Фиг.3 приведены характеристики направленности в плоскости, проходящей через ось антенны и перпендикулярной поверхности антенны накачки.Figure 3 shows the directivity characteristics in a plane passing through the axis of the antenna and perpendicular to the surface of the pump antenna.
Показаны характеристики направленности для L/Λ=10, с0=1500 м/с, νф=1500 м/с (кривая 1), 2000 м/с (кривая 2), 5000 м/с (кривая 3), 10000 м/с (кривая 4). Анализ характеристик показывает, что при увеличении фазовой скорости волны накачки характеристика направленности поворачивается и становится «воронкообразной». При νф→с0 конус прижимается к оси, а при νф=с0 чувствительность максимальна в направлении оси.The directivity characteristics are shown for L / Λ = 10, s 0 = 1500 m / s, ν f = 1500 m / s (curve 1), 2000 m / s (curve 2), 5000 m / s (curve 3), 10000 m / s (curve 4). An analysis of the characteristics shows that as the phase velocity of the pump wave increases, the directivity characteristic rotates and becomes "funnel-shaped." When ν f → c 0, the cone is pressed against the axis, and when ν f = c 0 the sensitivity is maximum in the direction of the axis.
Таким образом, в предлагаемом параметрическом приемнике осуществляется сканирование максимума диаграммы направленности параметрического приемника электрическим путем за счет изменения частоты вспомогательного акустического высокочастотного сигнала, что расширяет эксплуатационные возможности приемника.Thus, in the proposed parametric receiver, the maximum radiation pattern of the parametric receiver is scanned electrically by changing the frequency of the auxiliary acoustic high-frequency signal, which extends the operational capabilities of the receiver.
Источники информацииInformation sources
1. Т.Дж.Мюир «Нелинейная акустика и ее роль в геофизике морских осадков»/ Под ред. Л.Хептона, М., «Мир», 1977, с.240-242.1. T.J. Muir “Non-linear acoustics and its role in the geophysics of marine sediments” / Ed. L. Khepton, M., "World", 1977, S. 240-242.
2. Патент США № US 3662444, МПК G01S 9/66, 1975.2. US Patent No. US 3662444, IPC G01S 9/66, 1975.
3. Зверев В.А. и Калачев А.И. Модуляция звука звуком при пересечении акустических волн. «Акустический журнал», 1970, №2, с.245-251.3. Zverev V.A. and Kalachev A.I. Sound modulation by sound when crossing acoustic waves. "Acoustic Journal", 1970, No. 2, p.245-251.
4. Коломбет Е.А., Юркович К., Зодл Я. «Применение аналоговых микросхем» - М., Радио и связь, 1990. - 320 с.4. Colombet EA, Yurkovich K., Zodl Ya. “Application of analog microcircuits” - M., Radio and communications, 1990. - 320 p.
5. Патент SU 702852 «Акустический параметрический приемник», МПК G01S 3/80, опубл.14.08.1979.5. Patent SU 702852 "Acoustic parametric receiver",
6. Р.Дж.Урик «Основы гидроакустики», Л., Судостроение, 1978, с.101-106.6. R.J. Urik "Fundamentals of hydroacoustics", L., Shipbuilding, 1978, S. 101-106.
7. В.А.Воронин, В.П.Кузнецов, Б.Г.Мордвинов, С.П.Тарасов, В.И.Тимошенко. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. - Ростиздат. Ростов-на-Дону. 2007. - 448 с.7. V.A. Voronin, V.P. Kuznetsov, B.G. Mordvinov, S.P. Tarasov, V.I. Timoshenko. Nonlinear and parametric processes in the acoustics of the ocean. - Rostizdat. Rostov-on-Don. 2007 .-- 448 p.
8. В.А.Воронин, С.П.Тарасов, В.И.Тимошенко. Гидроакустические параметрические системы. - Ростов-на-Дону: Ростиздат. 2004. - 400 с.8. V.A. Voronin, S.P. Tarasov, V.I. Timoshenko. Hydroacoustic parametric systems. - Rostov-on-Don: Rostizdat. 2004 .-- 400 p.
9. Патент RU 2096808 «Способ обнаружения низкочастотных гидроакустических излучений», МПК G01S 15/04, опубл. 20.11.1997.9. Patent RU 2096808 "Method for the detection of low-frequency sonar radiation", IPC G01S 15/04, publ. 11/20/1997.
10. Патент RU 2158029 «Способ приема упругой волны в морской воде (варианты)», МПК G10K 11/00, G10K 15/02, опубл. 20.10.2000.10. Patent RU 2158029 "Method for receiving an elastic wave in sea water (options)", IPC G10K 11/00, G10K 15/02, publ. 10/20/2000.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010143244/28A RU2445642C1 (en) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Acoustic parametric receiver |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010143244/28A RU2445642C1 (en) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Acoustic parametric receiver |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2445642C1 true RU2445642C1 (en) | 2012-03-20 |
Family
ID=46030269
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010143244/28A RU2445642C1 (en) | 2010-10-21 | 2010-10-21 | Acoustic parametric receiver |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2445642C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3882444A (en) * | 1971-06-18 | 1975-05-06 | Automation Ind Inc | Steerable parametric conversion array |
| EP0219340A2 (en) * | 1985-10-14 | 1987-04-22 | Gec Avionics Limited | Acoustic direction finder for use as an active responder |
| RU2096808C1 (en) * | 1995-02-23 | 1997-11-20 | Сергей Алексеевич Бахарев | Method detection of low-frequency hydroacoustic radiations |
| SU702852A1 (en) * | 1978-05-10 | 1999-12-20 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | ACOUSTIC PARAMETRIC RECEIVER |
| RU2158029C2 (en) * | 1998-12-15 | 2000-10-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Method for receiving of elastic waves in sea-water (modifications) |
| RU2215304C2 (en) * | 2002-01-25 | 2003-10-27 | Бахарев Сергей Алексеевич | Procedure of detection of sea objects with surfacing of submersible vehicle |
-
2010
- 2010-10-21 RU RU2010143244/28A patent/RU2445642C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3882444A (en) * | 1971-06-18 | 1975-05-06 | Automation Ind Inc | Steerable parametric conversion array |
| SU702852A1 (en) * | 1978-05-10 | 1999-12-20 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | ACOUSTIC PARAMETRIC RECEIVER |
| EP0219340A2 (en) * | 1985-10-14 | 1987-04-22 | Gec Avionics Limited | Acoustic direction finder for use as an active responder |
| RU2096808C1 (en) * | 1995-02-23 | 1997-11-20 | Сергей Алексеевич Бахарев | Method detection of low-frequency hydroacoustic radiations |
| RU2158029C2 (en) * | 1998-12-15 | 2000-10-20 | Дальневосточный государственный технический университет | Method for receiving of elastic waves in sea-water (modifications) |
| RU2215304C2 (en) * | 2002-01-25 | 2003-10-27 | Бахарев Сергей Алексеевич | Procedure of detection of sea objects with surfacing of submersible vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2148323B1 (en) | Sound generator for use in parametric array | |
| US11978430B2 (en) | Programmable metasurface for real time control of broadband elastic rays and method | |
| WO2015157199A1 (en) | Broadband unidirectional ultrasound propagation | |
| US10848124B2 (en) | Piezoelectric transducer device with resonance region | |
| KR101081877B1 (en) | Apparatus and method for transmitting and receiving a sound in air using a parametric array | |
| US11371879B2 (en) | Microwave oscillator ultrasound receiver | |
| RU2445642C1 (en) | Acoustic parametric receiver | |
| RU69646U1 (en) | PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR | |
| US9726646B1 (en) | Resonant surface acoustic wave chemical detector | |
| JP2011058886A (en) | Device for obtaining underwater video image and acquisition method | |
| CN102141432A (en) | Method and system for measuring periodic vibration amplitude with ultrasonic waves | |
| CN112834016B (en) | Doppler frequency shift signal processing method and circuit system for laser vibration meter | |
| Popejoy et al. | Comparison of implementations of driving electronics for ultrasonic oscillating sensors | |
| Holmberg | Robust ultrasonic range finder-an FFT analysis | |
| JP5312177B2 (en) | Antenna measuring device | |
| RU2727267C1 (en) | Method of measuring range under water at arbitrary position in horizontal plane longitudinal axis of receiving frame magnetic antenna | |
| JP6271872B2 (en) | Frequency shift method for simulating moving objects | |
| RU2101722C1 (en) | Device for estimation of noise level of parametric receiving antenna | |
| RU2729225C1 (en) | Method of measuring range | |
| Chiba | Amplitude and phase measurement of surface acoustic waves within a saw filter having fan-shaped transducers and numerical simulations | |
| RU2052888C1 (en) | Low-frequency generator on surface acoustic waves | |
| RU2168721C2 (en) | Technique determining nonlinear acoustic parameter of liquid, solid and gaseous media | |
| SU1748043A1 (en) | Acoustic signal reflection measuring set | |
| Kachanov et al. | Requirements for choosing the parameters of broadband transducers for testing objects with high damping of ultrasonic signals | |
| SU1195295A1 (en) | Arrangement for determining errors of non-echo chambers |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121022 |