RU2477011C1 - Antenna module of precision doppler log for deep underwater vehicle - Google Patents
Antenna module of precision doppler log for deep underwater vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477011C1 RU2477011C1 RU2011137711/28A RU2011137711A RU2477011C1 RU 2477011 C1 RU2477011 C1 RU 2477011C1 RU 2011137711/28 A RU2011137711/28 A RU 2011137711/28A RU 2011137711 A RU2011137711 A RU 2011137711A RU 2477011 C1 RU2477011 C1 RU 2477011C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wave
- layer
- antenna module
- liquid
- antenna
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области подводной техники и может быть использовано при проектировании и разработке доплеровских измерителей абсолютной скорости движения подводных объектов относительно дна. В составе бортовых навигационных систем подводных аппаратов измеритель абсолютной скорости используется как датчик скорости и корректирующее устройство в системах инерциальной навигации, что делает его основным устройством в системе счисления координат. К измерителям скорости предъявляются самые высокие требования по точности, для достижения которой при разработке прецизионного лага необходим учет всех факторов, определяющих точность измерения доплеровской частоты, что в свою очередь устанавливает жесткие требования ко всем компонентам лага, включая антенны, электронные и программные средства формирования, приема и обработки сигналов.The invention relates to the field of underwater technology and can be used in the design and development of Doppler meters for the absolute speed of underwater objects relative to the bottom. As part of the onboard navigation systems of underwater vehicles, the absolute speed meter is used as a speed sensor and a correction device in inertial navigation systems, which makes it the main device in the coordinate system. The highest accuracy requirements are imposed on speed meters, to achieve which, when developing a precision lag, it is necessary to take into account all factors determining the accuracy of measuring the Doppler frequency, which in turn establishes strict requirements for all components of the lag, including antennas, electronic and software tools for generating, receiving and signal processing.
Основная ошибка доплеровских измерителей скорости, решающих задачу прецизионного измерения сдвига частот между зондирующим и отраженным сигналом, состоит в неопределенности частоты отраженного сигнала за счет образования широкого спектра отраженных сигналов.The main error of Doppler speed meters that solve the problem of precision measurement of the frequency shift between the probing and reflected signals consists in the uncertainty of the frequency of the reflected signal due to the formation of a wide range of reflected signals.
Известно, что одной из причин расширения спектра отраженных сигналов для доплеровского лага, устанавливаемого на борту автономного подводного аппарата является то, что по условиям применения лаг работает в импульсном режиме, используя при зондировании импульсные (обычно тональные) сигналы с минимальной скважностью и длительностью, которая определяется двойным временем пробега акустического сигнала от объекта до дна [1]. В режиме обзора/обследования высота движущегося объекта над дном составляет единицы метров, а длительность зондирующих сигналов, соответственно, единицы миллисекунд. Частотное разрешение Δf и дисперсия частотной оценки сигнала σf при обработке одиночного короткого отраженного сигнала определяется через его длительность τ0 и существенно зависит от отношения сигнал/шум q в принятом сигнале [2]:It is known that one of the reasons for the expansion of the spectrum of reflected signals for the Doppler lag installed on board an autonomous underwater vehicle is that, according to the application conditions, the lag operates in a pulsed mode, using pulsed (usually tonal) signals with a minimum duty cycle and duration, which is determined by double travel time of the acoustic signal from the object to the bottom [1]. In the survey / survey mode, the height of a moving object above the bottom is units of meters, and the duration of the probing signals, respectively, units of milliseconds. The frequency resolution Δf and the variance of the frequency estimate of the signal σ f when processing a single short reflected signal is determined through its duration τ 0 and significantly depends on the signal-to-noise ratio q in the received signal [2]:
Δf=(τо)-1; σf=(qτ0)-1.Δf = (τ about ) -1 ; σ f = (qτ 0 ) -1 .
Для получения необходимого частотного разрешения, обеспечивающего требуемую точность лага, применяется процедура усреднения полученных значений для большого числа N отраженных коротких импульсов с текущей обработкой данных на интервале времени, эффективная длительность которого удовлетворяет требованиям необходимого частотного разрешения:To obtain the necessary frequency resolution, ensuring the required lag accuracy, the procedure of averaging the obtained values for a large number N of reflected short pulses with the current data processing over a time interval, the effective duration of which satisfies the requirements of the required frequency resolution, is applied:
ΔfN=(Nτо)-1.Δf N = (Nτ o ) -1 .
Соответственно дисперсия частотных оценок при усреднении по N некогерентным отражениям будет иметь вид:Accordingly, the variance of the frequency estimates when averaging over N incoherent reflections will look like:
Увеличение быстродействия приемного тракта и увеличения точности доплеровского лага при обработке коротких импульсных сигналов может быть обеспечено за счет формирования и ускоренной обработки длинных квазикогерентных записей эхосигналов [3], что позволяет сократить объем обрабатываемой выборки сигнала. Из последнего выражения следует также необходимость значительного увеличения энергетической эффективности антенны для формирования высокого отношения сигнал/шум в принятом сигнале, что может быть достигнуто увеличением уровня зондирующего сигнала и повышением помехоустойчивости антенны за счет увеличения ее направленности.An increase in the speed of the receiving path and an increase in the accuracy of the Doppler lag during processing of short pulse signals can be achieved through the formation and accelerated processing of long quasi-coherent recordings of echo signals [3], which reduces the amount of processed sample signal. The last expression also implies the need for a significant increase in the energy efficiency of the antenna to form a high signal-to-noise ratio in the received signal, which can be achieved by increasing the level of the probing signal and increasing the noise immunity of the antenna by increasing its directivity.
Другой важнейшей причиной расширения спектра отраженного доплеровского сигнала и его искажений является недостаточная пространственная избирательность антенны лага. Если антенна лага имеет бесконечно узкую характеристику направленности (ХН), то отражение происходит от одного точечного отражателя, при этом отраженный сигнал отличается от излученного только уровнем и искомым доплеровским сдвигом частоты. В действительности антенная система имеет диаграмму направленности конечной ширины, поэтому отраженный сигнал формируется от большого участка дна, включающего множество элементарных отражателей. В приемное устройство лага поступает сумма сигналов, усредненная по множеству отражателей, называемая доплеровским спектром отраженного сигнала [4]. Ширина доплеровского спектра на уровне половинной мощности задается выражениемAnother major reason for the expansion of the spectrum of the reflected Doppler signal and its distortions is the insufficient spatial selectivity of the lag antenna. If the lag antenna has an infinitely narrow directivity characteristic (XI), then reflection occurs from a single point reflector, while the reflected signal differs from that emitted only by the level and the desired Doppler frequency shift. In fact, the antenna system has a radiation pattern of finite width, so the reflected signal is formed from a large section of the bottom, including many elementary reflectors. The lag receiver receives a sum of signals averaged over the set of reflectors, called the Doppler spectrum of the reflected signal [4]. The width of the Doppler spectrum at half power is given by
Δfd0.5=fdtgαΔα,Δf d0.5 = f d tgαΔα,
где fd доплеровский сдвиг частоты, α - угол наклона оси ХН антенны относительно вертикали, Δα - ширина ХН антенны на уровне 0,7 по давлению. Доплеровская частота также имеет дополнительное смещение (ошибку), обусловленное деформацией спектра в результате различного затухания сигналов в пределах раствора характеристики направленности антенны и угловой зависимости коэффициента обратного рассеяния [5] (с.34-39) и [1] (с.202-205). Кроме того, необходимо обеспечить малый уровень боковых лепестков ХН в направлениях, близких к вертикальному. Поступающие с этих направлений сигналы имеют наименьшее пространственное затухание, могут быть соизмеримыми с полезными сигналами и существенно влиять на точность доплеровского измерителя. Таким образом, для минимизации погрешностей и увеличения быстродействия лага, при разработке антенны необходимо обеспечить ее высокую эффективность для увеличения отношения сигнал/шум q и сформировать узкую ХН Δα с минимальным уровнем боковых лепестков. Как правило, в доплеровских измерителях скорости используются антенны типа Януса, составленные из четырех идентичных антенных модулей, выполненных в виде плоских поршневых мембран. В антенных модулях активный (пьезокерамический) элемент, выполняющий электроакустическое преобразование сигналов в режимах излучения и приема выполнен в корпусе, обеспечивающем необходимую конструктивную защиту для работы на предельных рабочих глубинах, в том числе с использованием жидкости внутри модуля, компенсирующей внешнее гидростатическое давление. Геометрические размеры поршневой мембраны определяются длиной волны λ и требуемой шириной Δα. Для увеличения направленности (сужения ХН) необходимо увеличивать размеры. Однако значительное увеличение диаметра обычно ограничено конструктивными требованиями подводного аппарата, на котором устанавливается доплеровский лаг.where f d is the Doppler frequency shift, α is the angle of inclination of the axis of the antenna of the antenna relative to the vertical, Δα is the width of the antenna of the antenna at a pressure level of 0.7. The Doppler frequency also has an additional bias (error) due to the deformation of the spectrum as a result of various attenuation of the signals within the solution of the antenna directivity characteristics and the angular dependence of the backscattering coefficient [5] (p. 34-39) and [1] (p. 202-205 ) In addition, it is necessary to ensure a low level of lateral CN lobes in directions close to vertical. The signals coming from these directions have the smallest spatial attenuation, can be commensurate with the useful signals and significantly affect the accuracy of the Doppler meter. Thus, in order to minimize errors and increase lag performance, when developing an antenna, it is necessary to ensure its high efficiency to increase the signal-to-noise ratio q and form a narrow CN Δα with a minimum level of side lobes. As a rule, Doppler speed meters use antennas of the Janus type, made up of four identical antenna modules made in the form of flat piston membranes. In antenna modules, the active (piezoceramic) element that performs electro-acoustic signal conversion in the radiation and reception modes is made in a housing that provides the necessary structural protection for operation at maximum operating depths, including using liquid inside the module to compensate for external hydrostatic pressure. The geometric dimensions of the piston membrane are determined by the wavelength λ and the required width Δα. To increase the directivity (narrowing CN) it is necessary to increase the size. However, a significant increase in diameter is usually limited by the design requirements of the underwater vehicle on which the Doppler log is mounted.
Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению является антенный модуль доплеровского лага, описанный в [1] (с.219), состоящий из активного полуволнового дискового пьезоэлемента, нагруженного на рабочую среду через согласующий четвертьволновый слой из эпоксидной смолы, и опертый с тыльной стороны на полуволновую металлическую накладку. Указанные конструктивные элементы установлены в корпусе модуля, который заполнен жидкостью для компенсации внешнего гидростатического давления.The closest in technical essence to the claimed invention is the antenna module of the Doppler lag described in [1] (p.219), consisting of an active half-wave disk piezoelectric element loaded on the working medium through a matching quarter-wave layer of epoxy resin and supported on the back side half-wave metal plate. These structural elements are installed in the module housing, which is filled with liquid to compensate for the external hydrostatic pressure.
Недостатком такого антенного модуля является то, что для значительного уменьшения ширины ХН необходимо применять модули большого диаметра, которые по конструктивным соображениям не могут быть установлены на малогабаритных подводных аппаратах. Так, например, для Δα=1 град необходимый диаметр модуля d находится из оценки d≈60λ (для частоты 750 кГц, это приводит к диаметру антенны лага, состоящей из 4 антенных модулей, около 0,5 м). Кроме того, наличие в составе антенного модуля четвертьволнового согласующего слоя из материала, волновое сопротивление которого выбрано из условий расширения рабочего диапазона частот (эпоксидной смолы, например), приводит к уменьшению энергетической эффективности пьезопреобразователя [6] (с.86) антенного модуля и соответственно к уменьшению отношения сигнал/шум для эхо-сигналов при прочих равных условиях.The disadvantage of this antenna module is that in order to significantly reduce the width of the HN, it is necessary to use large diameter modules, which, for structural reasons, cannot be installed on small underwater vehicles. So, for example, for Δα = 1 deg, the required module diameter d is found from the estimate d≈60λ (for a frequency of 750 kHz, this leads to a lag antenna diameter of 4 antenna modules, about 0.5 m). In addition, the presence of a quarter-wave matching layer in the composition of the antenna module from a material whose wave resistance is selected from the conditions for expanding the operating frequency range (epoxy resin, for example) leads to a decrease in the energy efficiency of the piezoelectric transducer [6] (p. 86) of the antenna module and, accordingly, reducing the signal-to-noise ratio for echo signals, ceteris paribus.
В основу настоящего изобретения поставлена задача увеличения точности импульсного доплеровского лага и уменьшения габаритов антенного модуля путем формирования узконаправленной ХН с минимальным уровнем боковых лепестков и высоким коэффициентом энергетического преобразования.The basis of the present invention is the task of increasing the accuracy of the pulsed Doppler lag and reducing the dimensions of the antenna module by forming a narrowly focused HN with a minimum level of side lobes and a high coefficient of energy conversion.
Для решения поставленной задачи в антенном модуле прецизионного доплеровского лага для глубоководного подводного аппарата, содержащем установленные в корпус активный полуволновый пьезокерамический диск, тыльную металлическую экранирующую накладку и фронтальный согласующий слой, причем корпус модуля для компенсации внешнего гидростатического давления заполнен жидкостью, акустические характеристики которой близки к акустическим характеристикам рабочей среды, а фронтальный согласующий слой выполнен полуволновым из металла с высокой скоростью звука, при этом активный полуволновый пьезокерамический диск нагружен на рабочую среду этим фронтальным полуволновым металлическим слоем через полуволновый слой жидкости и оперт тыльной поверхностью на четвертьволновую тыльную металлическую экранирующую накладку через четвертьволновый отражающий слой жидкости.To solve this problem, in the antenna module of a precision Doppler lag for a deep-sea underwater vehicle containing an active half-wave piezoceramic disk, a rear metal shielding plate and a front matching layer installed in the housing, the module housing for compensating external hydrostatic pressure is filled with a liquid whose acoustic characteristics are close to acoustic characteristics of the working medium, and the front matching layer is made of half-wave metal of high second speed of sound, the active half wave piezoceramic disc loaded in the working environment this front half-wave metal layer through a half-wave layer of liquid and simply supported on the back surface of the back metal quarter-wave shielding cover through the quarter-wave reflective layer liquid.
В заявленном антенном модуле доплеровского лага существенными признаками общими с прототипом являются:In the claimed antenna module of the Doppler log, the essential features common with the prototype are:
- корпус модуля;- module housing;
- установленные в корпусе активный полуволновый пьезокерамический диск, тыльная металлическая экранирующая накладка и фронтальный согласующий слой;- active half-wave piezoceramic disk installed in the housing, rear metal shielding plate and front matching layer;
- корпус модуля заполнен жидкостью для компенсации внешнего гидростатического давления.- the module housing is filled with liquid to compensate for the external hydrostatic pressure.
Отличительными существенными признаками в заявленном антенном модуле доплеровского лага являются:Distinctive essential features in the declared antenna module of the Doppler lag are:
- корпус модуля заполнен жидкостью, акустические характеристики которой близки к акустическим характеристикам рабочей среды;- the module housing is filled with a liquid whose acoustic characteristics are close to the acoustic characteristics of the working medium;
- фронтальный согласующий слой выполнен полуволновым из металла с высокой скоростью звука (скорости продольной волны в материале);- the front matching layer is made half-wave of metal with a high speed of sound (longitudinal wave velocity in the material);
- активный полуволновый пьезокерамический диск нагружен на рабочую среду этим фронтальным полуволновым металлическим слоем через полуволновый слой жидкости;- the active half-wave piezoceramic disk is loaded onto the working medium by this frontal half-wave metal layer through the half-wave liquid layer;
- активный полуволновый пьезокерамический диск оперт тыльной поверхностью на четвертьволновую тыльную металлическую экранирующую накладку через четвертьволновый отражающий слой жидкости.- the active half-wave piezoceramic disk is supported with the back surface on the quarter-wave back metal shielding plate through the quarter-wave reflective layer of liquid.
В заявленном антенном модуле наличие полуволнового слоя из материала с высокой скоростью звука между фронтальной стороной активного элемента и рабочей средой и слоев из наполняющей жидкости, охватывающих фронтальную и тыльную поверхности активного элемента, позволяет увеличить энергетическую эффективность модуля за счет использования полуволновых слоев, которые обеспечивают просветление границы раздела между активным пьезоэлементом и рабочей средой, и отражающих свойств четвертьволновых слоев, размещенных с тыльной стороны. Кроме того, прием и излучение сигналов из рабочей среды выполняется через материал с высокой скоростью звука, выполняющего роль пространственного фильтра путем подавления принимаемых или излучаемых сигналов с угловых направлений, отличных от нормального направления к плоскости активного элемента.In the claimed antenna module, the presence of a half-wave layer of material with a high speed of sound between the front side of the active element and the working medium and layers of filling fluid covering the front and back surfaces of the active element, allows to increase the energy efficiency of the module through the use of half-wave layers that provide clarification of the border section between the active piezoelectric element and the working medium, and the reflective properties of quarter-wave layers placed on the back side. In addition, the reception and emission of signals from the working medium is performed through a material with a high speed of sound acting as a spatial filter by suppressing the received or emitted signals from angular directions other than the normal direction to the plane of the active element.
На основании изложенного следует, что заявленная совокупность существенных признаков антенного модуля имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков создан высокоэффективный антенный модуль импульсного доплеровского лага с высокой направленностью, обеспечивающий высокую точность импульсного доплеровского лага при минимальных габаритах модуля.Based on the foregoing, it follows that the claimed combination of essential features of the antenna module has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. Due to this combination of essential features, a highly efficient antenna module of a pulsed Doppler lag with a high directivity has been created, which ensures high accuracy of a pulsed Doppler lag with a minimum module size.
Следовательно, заявляемое техническое решение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.к. явным образом не следует из уровня техники и пригодно к использованию.Therefore, the claimed technical solution is new, has an inventive step, because clearly does not follow from the prior art and is suitable for use.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструктивная схема антенного модуля прецизионного доплеровского лага для глубоководного подводного аппарата.The invention is illustrated in the drawing, which shows a structural diagram of the antenna module of a precision Doppler lag for a deep-sea underwater vehicle.
Антенный модуль прецизионного доплеровского лага для глубоководного подводного аппарата выполнен в виде гидроакустического преобразователя, содержащего активный полуволновый пьезокерамический диск 1, фронтальный полуволновый согласующий слой 2, выполненный из металла с высокой скоростью звука и четвертьволновую тыльную металлическую накладку 3. Активный полуволновый пьезокерамический диск 1 нагружен на рабочую среду фронтальным полуволновым согласующим слоем 2 через полуволновый слой 4 жидкости и оперт тыльной поверхностью на четвертьволновую тыльную металлическую экранирующую накладку 3 через четвертьволновый отражающий слой 5 жидкости. Указанные выше конструктивные элементы установлены в корпусе 6 модуля, причем корпус 6 заполнен жидкостью, акустические характеристики которой близки акустическим характеристикам рабочей среды. Дополнительно на чертеже показаны: l2=λ2/2, l4=λ4/2, l3=λ2/4, l5=λ4/4, где λ2 - длина волны в металле, λ4 - длина волны в жидкости.The antenna module of the precision Doppler lag for a deep-sea underwater vehicle is made in the form of a hydroacoustic transducer containing an active half-wave piezoceramic disk 1, a front half-wave matching layer 2 made of metal with a high speed of sound and a quarter-wave rear metal pad 3. The active half-wave piezoceramic disk 1 is loaded onto the working the medium by the front half-wave matching layer 2 through the half-wave layer 4 of the liquid and the supporting surface on four The back wave metal shield 3 through the quarter-wave reflective layer 5 of the liquid. The above structural elements are installed in the housing 6 of the module, and housing 6 is filled with a liquid whose acoustic characteristics are close to the acoustic characteristics of the working environment. Additionally, the figure shows: l 2 = λ 2/2, l 4 = λ 4/2, l 3 = λ 2/4, l 5 = λ 4/4, where λ 2 - the wavelength in the metal, λ 4 - length waves in the liquid.
Антенный модуль прецизионного доплеровского лага для глубоководного подводного аппарата работает следующим образом. Рассматривается, например, режим приема. Режим излучения аналогичен в силу принципа взаимности. Акустический сигнал, отраженный от дна, поступает на внешнюю поверхность антенного модуля, которая является обращенной к рабочей среде поверхностью фронтального полуволнового согласующего слоя 2 из металла, далее проходит через тот слой и слой 4 из жидкости с акустическим характеристиками, близкими к характеристикам рабочей среды, поступает на поверхность активного полуволнового пьезокерамического диска 1 (далее активный элемент 1) преобразует акустический сигнал в электрический в соответствии со структурой амплитудного и фазового распределения акустического сигнала, формируемого по поверхности активного элемента 1. Принятое распределение сигнала по апертуре антенны формирует характеристику направленности - т.е. зависимость выходного электрического сигнала антенного модуля от направления прихода акустического сигнала. Максимальное значение получается при синфазном сложении акустических сигналов и реализуется при приеме сигналов, нормальных к поверхности антенного модуля. Характеристика направленности определяется диаметром антенного модуля. В представленной конструкции фронтальный полуволновый согласующий слой 2 из металла с высокой скоростью звука является аналогом полуволновой упругой пластины, помещенной в жидкость. Коэффициент прохождения звуковой волны через такую пластину исследован в работе [7] (с.50-54), а в работе [8] (с.213-216) выполнены расчеты, подтверждающие частотно-пространственную фильтрацию сигналов за счет существования полосы частот и сектора углов, при которых коэффициент прохождения звуковой волны максимален и достигает единицы. Важнейшим свойством такого пространственного фильтра является то, что угловая направленность возрастает не за счет увеличения диаметра приемной антенны, а за счет выбора материала и толщины фронтального слоя. За счет применения полуволнового слоя из материала с высокой скоростью звука, результирующая характеристика направленности антенного модуля формируется в виде произведения характеристики направленности активного элемента 1 и угловой зависимости коэффициента прохождения через фронтальный полуволновый согласующий слой 2. В целом это открывает хорошие возможности для рационального выбора диаметра антенного модуля. Так, например, при использовании алюминия для изготовления слоев, на рабочей частоте 750 кГц, длина волны в алюминии составляет 8 мм, а толщина полуволнового слоя - 4 мм, а ХН шириной Δα=1 град в предложенной конструкции достигается уже при применении активного пьезокерамического диска диаметром 66 мм. Увеличение суммарного продольного размера антенного модуля на частотах работы доплеровского лага для подводных аппаратов оказывается незначительным, а диаметр может быть выбран из конструктивных соображений, связанных с размещением антенны лага в подводном аппарате.The antenna module of the precision Doppler lag for a deep-sea underwater vehicle operates as follows. Consider, for example, the reception mode. The radiation mode is similar due to the principle of reciprocity. An acoustic signal reflected from the bottom enters the outer surface of the antenna module, which is the surface of the front half-wave matching layer 2 of metal facing the working medium, then passes through that layer and layer 4 of the liquid with acoustic characteristics close to the characteristics of the working medium, on the surface of the active half-wave piezoceramic disk 1 (hereinafter active element 1) converts the acoustic signal into an electric signal in accordance with the structure of the amplitude and phase phase EFINITIONS acoustic signal generated on the surface of the active element 1. The received signal distribution over the antenna aperture forms a directional characteristic - i.e. dependence of the output electrical signal of the antenna module on the direction of arrival of the acoustic signal. The maximum value is obtained with the common-mode addition of acoustic signals and is realized when receiving signals normal to the surface of the antenna module. The directivity characteristic is determined by the diameter of the antenna module. In the presented design, the front half-wave matching layer 2 of metal with a high speed of sound is an analogue of a half-wave elastic plate placed in a liquid. The coefficient of transmission of a sound wave through such a plate was studied in [7] (p. 50-54), and in [8] (p. 213-216), calculations were carried out confirming the frequency-spatial filtering of signals due to the existence of a frequency band and a sector angles at which the transmission coefficient of the sound wave is maximum and reaches unity. The most important property of such a spatial filter is that the angular directivity increases not due to an increase in the diameter of the receiving antenna, but due to the choice of material and thickness of the front layer. Due to the use of a half-wave layer from a material with a high speed of sound, the resulting directivity characteristic of the antenna module is formed as the product of the directivity characteristics of the active element 1 and the angular dependence of the transmission coefficient through the front half-wave matching layer 2. In general, this opens up good opportunities for a rational choice of the diameter of the antenna module . So, for example, when using aluminum for the manufacture of layers, at an operating frequency of 750 kHz, the wavelength in aluminum is 8 mm and the thickness of the half-wave layer is 4 mm, and an XN with a width of Δα = 1 deg in the proposed design is already achieved using an active piezoceramic disk with a diameter of 66 mm. The increase in the total longitudinal size of the antenna module at the frequencies of the Doppler lag for underwater vehicles is insignificant, and the diameter can be chosen from design considerations associated with the placement of the lag antenna in the underwater vehicle.
Антенные модули, разработанные в ИПМТ ДВО РАН, составляют основу доплеровских лагов из состава бортовых навигационных систем, создаваемых глубоководных подводных аппаратов. При суммарном учете всех факторов, влияющих на точностные характеристики, включая технологии построения аппаратуры и обработки сигналов, в созданных лагах достигнута точность, не уступающая аналогичным характеристикам известных зарубежных разработок, при существенно меньших габаритах антенн.Antenna modules developed at IPMT FEB RAS constitute the basis of Doppler lags from the composition of airborne navigation systems created by deep-sea underwater vehicles. With a total consideration of all factors affecting the accuracy characteristics, including the technology of constructing the equipment and signal processing, the accuracy achieved in the created lags is not inferior to the similar characteristics of the well-known foreign designs, with significantly smaller antenna dimensions.
Источники информацииInformation sources
1. Гидроакустические навигационные средства. - Л., Судостроение, 1983, 264 с. (с.219 - прототип).1. Hydroacoustic navigation aids. - L., Shipbuilding, 1983, 264 p. (p.219 - prototype).
2. B.C.Бурдик. Анализ гидроакустических систем. - Л., Судостроение, 1988, 358 с.2. B.C. Burdick. Analysis of sonar systems. - L., Shipbuilding, 1988, 358 p.
3. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И., Кузьмин А.В. Приемный тракт импульсного высокоточного доплеровского лага. - Патент Российской Федерации №2120131, 1998.3. Matvienko Yu.V., Makarov VN, Kulinchenko S.I., Kuzmin A.V. The receiving path of a pulsed high-precision Doppler lag. - Patent of the Russian Federation No. 2120131, 1998.
4. А.Г.Флеров. В.Т.Тимофеев. Доплеровские устройства и системы навигации. - М., Транспорт, 1987, 194 с.4. A.G. Flerov. V.T. Timofeev. Doppler devices and navigation systems. - M., Transport, 1987, 194 p.
5. Абсолютные и относительные лаги. Справочник. - Л., Судостроение, 1990, 265 с.5. Absolute and relative lags. Directory. - L., Shipbuilding, 1990, 265 p.
6. В.И.Домаркас, Р.Ю.Кажис. Контрольно-измерительные пьезоэлектрические преобразователи. - Вильнюс, Минтае, 1975, 256 с.6. V.I. Domarcas, R.Yu. Kazhis. Piezoelectric transducers. - Vilnius, Mintai, 1975, 256 pp.
7. Л.М.Бреховских. Волны в слоистых средах. - М., Наука, 1973, 344 с.7. L.M. Brekhovskikh. Waves in layered media. - M., Science, 1973, 344 p.
8. Е.Л.Шендеров. Волновые задачи гидроакустики. - Л., Судостроение, 1972, 348 с.8. E.L. Shenderov. Wave tasks of hydroacoustics. - L., Shipbuilding, 1972, 348 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137711/28A RU2477011C1 (en) | 2011-09-13 | 2011-09-13 | Antenna module of precision doppler log for deep underwater vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011137711/28A RU2477011C1 (en) | 2011-09-13 | 2011-09-13 | Antenna module of precision doppler log for deep underwater vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2477011C1 true RU2477011C1 (en) | 2013-02-27 |
Family
ID=49121641
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011137711/28A RU2477011C1 (en) | 2011-09-13 | 2011-09-13 | Antenna module of precision doppler log for deep underwater vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2477011C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2110888C1 (en) * | 1996-08-28 | 1998-05-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Doppler log phased antenna transducer |
| RU2121771C1 (en) * | 1996-06-18 | 1998-11-10 | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic transducer for antenna array |
| EP0905676A2 (en) * | 1997-09-26 | 1999-03-31 | STN ATLAS Elektronik GmbH | Transmitting antenna for sonar apparatus |
| RU2166840C2 (en) * | 1998-12-29 | 2001-05-10 | Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic antenna |
-
2011
- 2011-09-13 RU RU2011137711/28A patent/RU2477011C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2121771C1 (en) * | 1996-06-18 | 1998-11-10 | Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic transducer for antenna array |
| RU2110888C1 (en) * | 1996-08-28 | 1998-05-10 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Doppler log phased antenna transducer |
| EP0905676A2 (en) * | 1997-09-26 | 1999-03-31 | STN ATLAS Elektronik GmbH | Transmitting antenna for sonar apparatus |
| RU2166840C2 (en) * | 1998-12-29 | 2001-05-10 | Государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" | Hydroacoustic antenna |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Тюрин A.M., Сташкевич А.П., Таранов Э.С. Основы гидроакустики. - Л.: Судостроение, 1966, с.114-137, особенно 122-133. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10260920B2 (en) | Acquatic velocity scanning apparatus and methods | |
| US8625392B2 (en) | Method and system for remote sound speed measurement | |
| US9817116B1 (en) | Acoustic doppler system and method | |
| Przybyla et al. | An ultrasonic rangefinder based on an AlN piezoelectric micromachined ultrasound transducer | |
| AU2019355045B2 (en) | Ultrasonic flow meter with lens combination | |
| Engholm et al. | Adaptive beamforming for array imaging of plate structures using lamb waves | |
| Przybyla et al. | In-air ultrasonic rangefinding and angle estimation using an array of AlN micromachined transducers | |
| US8437222B2 (en) | System and method of range estimation | |
| Lurton | Theoretical modelling of acoustical measurement accuracy for swath bathymetric sonars | |
| Kuznetsov et al. | The possibility of using the equivalent plane wave model to increase the efficiency of taking bearings of low-frequency signals in shallow water | |
| RU2477011C1 (en) | Antenna module of precision doppler log for deep underwater vehicle | |
| RU2568070C1 (en) | Method of measuring complex frequency dependence of transfer impedance of radiator-receiver pair in free field | |
| Rodrigues et al. | Development of a 2-d array ultrasonic transducer for 3-d imaging of objects immersed in water | |
| US7613075B2 (en) | Adaptive high frequency laser sonar system | |
| Wanis | Design and applications of a vertical beam in acoustic Doppler current profilers | |
| Yun et al. | Design and experiment of an acoustic transducer for underwater navigation | |
| RU2313803C1 (en) | Mode of measuring distance to a controlled object | |
| WO2019132726A1 (en) | Multiple frequency side-scan sonar | |
| RU178896U1 (en) | ACOUSTIC HYDROLOCATION DEVICE | |
| RU2209530C1 (en) | Compensated multielement receiving antenna for deep-bathymetric side-scan phased sonar | |
| Voloshchenko et al. | The Underwater Ultrasonic Equipment with the Nonlinear Acoustics Effect’s Application | |
| Orofino et al. | Impedance profiling of media with nonparallel layers | |
| US20210173079A1 (en) | Acoustic dual-frequency phased array with common beam angles | |
| KR20220076749A (en) | Sound insulating baffle structure | |
| RU2012070C1 (en) | Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium |