RU2494414C1

RU2494414C1 - Hydroacoustic receiving unit

Info

Publication number: RU2494414C1
Application number: RU2012118522/28A
Authority: RU
Inventors: Борис Моисеевич Бродский; Андрей Константинович Батанов; Валентин Сергеевич Жуменков; Антон Валерьевич Цветков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-09-27

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: hydroacoustic receiving unit consists of a system for mounting the hydroacoustic unit to the shape-forming frame of a hydroacoustic antenna, a hydroacoustic receiver and a hydroacoustic screen connected thereto, wherein the hydroacoustic screen is rigidly mounted on the rear side of the hydroacoustic receiver. The hydroacoustic receiver itself is connected to the hydroacoustic unit mounting system through a rod which is coaxially inserted into a pipe which is rigidly connected to the hydroacoustic unit mounting system, the rod being mounted in the pipe by dowels made from vibration-insulating material to provide vibration-insulation of the receiver from structural noise of the carrier transmitted through the rigid mounting from the shape-forming frame of the antenna. The pipe and rod freely pass through a through-hole in the hydroacoustic screen and enable the screen to be freely deformed without changing the geometry of the arrangement of the receiver on the shape-forming frame of the antenna.

EFFECT: high accuracy of positioning hydroacoustic sensors owing to the invariance of the geometric arrangement of the sensors relative the frame of the antenna.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке гидроакустических систем и комплексов, а также для конструирования их составных частей, в частности гибких антенных модулей.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be applied in the development of sonar systems and complexes, as well as for the design of their components, in particular flexible antenna modules.

Приемный гидроакустический блок является базовым конструктивным элементом, используемым для построения гидроакустических антенн либо их модулей, и выполнен в виде единого сборочного узла. Таким образом, в приемном блоке совмещаются гидроакустический приемник, являющийся собственно чувствительным элементом, и гидроакустический экран, обеспечивающий его шумоизоляцию от структурных помех со стороны носителя антенны. Приемный гидроакустический блок, выполненный в таком виде, описан, в частности, в патенте РФ №2080743 «Приемный блок многоэлементной широкополосной гидроакустической антенной решетки». В нем описаны элементы, входящие в конструктив модуля, и способ передачи информации от чувствительного элемента через отверстия в акустическом экране. Также приемные блоки рассматриваются как составная часть более сложных конструкций - антенных модулей, используемых для повышения технологичности сборки гидроакустических антенн. Их описание присутствует в патенте РФ №2167499 «Линейный модуль гидроакустической антенны». При этом модуль реализуется в виде набора механически скрепленных гидроакустических приемников и не требует дополнительной установки гидроакустического экрана. Также можно условно выделить приемные блоки, выполняемые в виде технологически раздельных узлов, в которых гидроакустический экран антенны устанавливается отдельно от блока, непосредственно на корпус, а приемные блоки крепятся на металлической ленте, под натяжением прилегающей к экрану, в результате чего происходит механическое одностороннее закрепление гидроакустического приемника на акустическом экране. Такое решение описывается в патенте РФ №2153685 «Гидроакустическая антенна». Необходимо также отметить, что установка гидроакустических приемников в приемных блоках, на практике, тоже осуществляется непосредственно на гидроакустическом экране в целях повышения их виброзащиты.The receiving hydroacoustic unit is the basic structural element used to build hydroacoustic antennas or their modules, and is made in the form of a single assembly unit. Thus, the hydroacoustic receiver, which is the actual sensitive element, and the hydroacoustic screen, which ensures its sound insulation from structural interference from the side of the antenna carrier, are combined in the receiving unit. The receiving hydroacoustic unit, made in this form, is described, in particular, in RF patent No. 2080743 "The receiving unit of a multi-element broadband sonar antenna array." It describes the elements included in the construct of the module, and the method of transmitting information from the sensing element through the holes in the acoustic screen. Also, the receiving units are considered as part of more complex structures - antenna modules used to increase the manufacturability of the assembly of hydroacoustic antennas. Their description is present in RF patent No. 2147499 "Linear module of the hydroacoustic antenna." Moreover, the module is implemented as a set of mechanically bonded sonar receivers and does not require additional installation of a sonar screen. It is also possible to conditionally distinguish the receiving units, made in the form of technologically separate units, in which the hydroacoustic screen of the antenna is installed separately from the unit, directly on the housing, and the receiving units are mounted on a metal tape under tension adjacent to the screen, as a result of which the hydroacoustic mechanical one-sided fixing receiver on the acoustic screen. Such a solution is described in RF patent No. 2153685 "Hydroacoustic antenna." It should also be noted that the installation of hydroacoustic receivers in the receiving units, in practice, is also carried out directly on the hydroacoustic screen in order to increase their vibration protection.

Совершенствование алгоритмов обработки информации, в частности, использование адаптивных методов (Г.С. Малышкин. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т.2. Адаптивные методы. - СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011; Уидроу Б., Стирнз С., Адаптивная обработка сигналов: пер. с англ. - М.: Радио и связь, 1989), увеличение адекватности моделей гидроакустической среды и возрастающие требования к дальности обнаружения источников локального шума гидроакустическими средствами приводят к необходимости более точного знания геометрии чувствительных элементов антенны, т.е. их взаимного расположения в системе координат, связанной с корпусом носителя. Также необходима актуальность этих сведений в течении всего времени эксплуатации гидроакустической системы, оборудованной данной антенной. Это связано со снижением робастности используемых алгоритмов и повышением размерности используемых моделей.Improving information processing algorithms, in particular, the use of adaptive methods (G.S. Malyshkin. Optimal and adaptive methods for processing hydroacoustic signals. T.2. Adaptive methods. - St. Petersburg: Concern Central Research Institute Elektropribor OJSC, 2011; Widrow B ., Stirnz S., Adaptive Signal Processing: Translated from English - M .: Radio and Communication, 1989), the increase in the adequacy of models of the hydroacoustic medium and the increasing requirements for the detection range of sources of local noise by hydroacoustic means lead to the need for more accurate knowledge about the geometry of the antenna sensor elements, i.e. their relative position in the coordinate system associated with the carrier body. Also, the relevance of this information is required during the entire time of operation of the hydroacoustic system equipped with this antenna. This is due to a decrease in the robustness of the algorithms used and an increase in the dimensionality of the models used.

Решение, предлагаемое в данном изобретении, является наиболее близким к приемному блоку, описанному в патенте РФ №2080743 «Приемный блок многоэлементной широкополосной гидроакустической антенной решетки», который можно отнести к ближайшему аналогу (прототипу) предлагаемого изобретения. Приемный блок в вышеуказанном изобретении состоит из гидроакустического экрана и гидроакустического датчика, объединенных общим конструктивом в единый сборочный узел.The solution proposed in this invention is closest to the receiving unit described in RF patent No. 2080743 "Receiving unit multi-element broadband sonar antenna array", which can be attributed to the closest analogue (prototype) of the present invention. The receiving unit in the above invention consists of a sonar screen and a sonar sensor, combined by a common construct into a single assembly.

Однако данное решение не лишено недостатков. К таковым можно отнести влияние изменения давления окружающей среды на определенные виды акустических экранов. При этом не указывается способ крепления гидроакустического приемного блока к корпусу носителя. В то же время данный способ крепления является важным для дальнейшей обработки, поступающей от приемников антенны информации. Так, например, в изобретении по патенту РФ №2167499 «Линейный модуль гидроакустической антенны» приемные блоки крепятся к несущему каркасу гидроакустическим экраном. В свою очередь, выполнение экранов полыми, с перфорированными отверстиями, приводит к изменению их геометрических характеристик. Кроме того, следует отметить, что изменение размеров акустических экранов происходит неравномерно по площади антенны и приводит к возникновению отклонений осей чувствительности датчиков от заданных значений. Таким образом, при закреплении гидроакустических датчиков на экранах они изменяют свое геометрическое месторасположение относительно других датчиков антенны и ее фазового центра, что приводит к нарушению фазовых соотношений между ними и может оказывать существенное влияние на функционирование алгоритмов обработки гидроакустической информации. Данная деформация акустических экранов происходит как динамически - при изменении давления окружающей среды в процессе функционирования, так и накапливается со временем, приводя к постоянным величинам смещения. При этом необходимо отметить, что вычисление координат гидроакустических приемников приемных блоков производится разово - при изготовлении антенны. Возможны также периодические измерения в процессе эксплуатации, однако они требуют постановки носителя в сухой док. В свою очередь динамические изменения, возникающие в процессе эксплуатации при изменении величины заглубления антенны, оценить практически невозможно.However, this solution is not without drawbacks. These include the effect of changes in environmental pressure on certain types of acoustic screens. In this case, the method of attaching the hydroacoustic receiving unit to the carrier body is not indicated. At the same time, this method of attachment is important for further processing of information received from the antenna receivers. So, for example, in the invention according to the patent of the Russian Federation No. 2164499 “Linear module of the hydroacoustic antenna”, the receiving units are attached to the supporting frame by a hydroacoustic screen. In turn, the implementation of the screens hollow, with perforated holes, leads to a change in their geometric characteristics. In addition, it should be noted that the resizing of acoustic screens occurs unevenly over the antenna area and leads to deviations of the sensitivity axes of the sensors from the set values. Thus, when attaching hydroacoustic sensors to the screens, they change their geometric location relative to other sensors of the antenna and its phase center, which leads to a violation of the phase relationships between them and can have a significant impact on the functioning of sonar processing algorithms. This deformation of acoustic screens occurs both dynamically - when the environmental pressure changes during operation, and accumulates over time, leading to constant displacement values. It should be noted that the coordinates of the hydroacoustic receivers of the receiving units are calculated once - during the manufacture of the antenna. Periodic measurements during operation are also possible, but they require placing the carrier in a dry dock. In turn, dynamic changes that occur during operation when changing the depth of the antenna, it is almost impossible to evaluate.

Задачей изобретения является повышение точности позиционирования гидроакустических датчиков, выполненных в составе приемных блоков, относительно формообразующего каркаса антенны (корпуса носителя). При этом также ставится задача сохранения режима эксплуатации гидроакустического экрана, допускающего изменение его геометрических размеров.The objective of the invention is to improve the accuracy of positioning of hydroacoustic sensors made in the receiving blocks relative to the formative frame of the antenna (carrier body). At the same time, the task is also to preserve the operating mode of the hydroacoustic screen, allowing its geometric dimensions to be changed.

Для решения поставленной задачи в приемный гидроакустический блок, состоящий из системы крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического приемника и соединенного с ним гидроакустического экрана, введены следующие новые признаки: гидроакустический экран выполнен с отверстием и жестко закреплен на тыльной стороне гидроакустического приемника, гидроакустический приемник соединен с системой крепления гидроакустического блока посредством стержня, соосно вставленного в трубку, жестко соединенную с системой крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу антенны, причем стержень закреплен в трубке штифтами, выполненными из виброизолирующего материала, а трубка и стержень свободно проведены через сквозное отверстие в гидроакустическом экране.To solve this problem, the following new features are introduced into the hydroacoustic receiving unit, which consists of a system for attaching the hydroacoustic unit to the forming frame of the hydroacoustic antenna, the hydroacoustic receiver and the hydroacoustic screen connected to it: the hydroacoustic screen is made with a hole and is rigidly fixed to the back of the hydroacoustic receiver, hydroacoustic the receiver is connected to the mounting system of the hydroacoustic unit by means of a rod coaxially inserted into the pipes y is rigidly connected to the mounting system sonar unit to shaper frame antenna, wherein the rod is secured in the tube pins made of vibration-isolating material, and the tube and rod is freely conducted through a through hole in a hydroacoustic screen.

Техническим результатом изобретения является неизменность геометрического расположения гидроакустического датчика относительно формообразующего каркаса антенны в течении всего времени эксплуатации, при накоплении остаточных деформаций с гидроакустическом экране и изменении его геометрических параметров вследствие изменения давления окружающей среды при изменении величины заглубления антенны. Причем нужно заметить, что данные приемные модули возможно использовать как в составе антенн, так и при изготовлении отдельных антенных модулей. При этом такое закрепление гидроакустического приемника в приемном блоке дает возможность исключить влияние деформации гидроакустического экрана на геометрическое расположение датчика относительно формообразующего каркаса антенны, за счет того, что акустический экран может деформироваться без влияния на геометрическое расположение датчика относительно формообразующего каркаса антенны.The technical result of the invention is the invariability of the geometrical location of the sonar sensor relative to the antenna forming frame during the entire period of operation, with the accumulation of residual deformations from the sonar screen and a change in its geometric parameters due to changes in environmental pressure when changing the depth of the antenna. Moreover, it should be noted that these receiving modules can be used both as part of antennas and in the manufacture of individual antenna modules. Moreover, such a fastening of the hydroacoustic receiver in the receiving unit makes it possible to exclude the influence of deformation of the hydroacoustic screen on the geometric arrangement of the sensor relative to the antenna shaping frame, due to the fact that the acoustic screen can be deformed without affecting the geometric arrangement of the sensor relative to the antenna shaping frame.

Вышеуказанные технические результаты достигаются за счет наличия стержня, жестко соединяющего гидроакустический приемник с системой крепления приемного блока. При этом стержень и трубка свободно проходят через отверстие в акустическом экране, механически развязывая его с формообразующим каркасом антенны. В свою очередь акустический экран жестко зафиксирован на тыльной стороне приемника и может свободно изменять свои геометрические размеры.The above technical results are achieved due to the presence of a rod rigidly connecting the hydroacoustic receiver to the mounting system of the receiving unit. In this case, the rod and the tube freely pass through the hole in the acoustic screen, mechanically untying it with the antenna forming frame. In turn, the acoustic screen is rigidly fixed on the back of the receiver and can freely change its geometric dimensions.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурой 1. Гидроакустический приемный блок состоит из гидроакустического приемника (1), жестко соединенного с системой крепления (4) приемного блока к формообразующему каркасу антенны, виброзащитных штифтов (6), крепящих стержень (3) в трубке (5), которая свободно проходит через отверстие в гидроакустическом экране (2), жестко по поверхности сопряженном с гидроакустическим приемником (1). Таким образом достигается свобода перемещения гидроакустического экрана (2) относительно гидроакустического приемника (1) без изменения его геометрического расположения и жесткость закрепления самого гидроакустического приемника (1) относительно системы крепления 4 приемного блока и, соответственно, формообразующего каркаса антенны.The essence of the invention is illustrated by figure 1. The hydro-acoustic receiving unit consists of a hydro-acoustic receiver (1), rigidly connected to the mounting system (4) of the receiving unit to the forming frame of the antenna, vibration protection pins (6), fixing the rod (3) in the tube (5), which freely passes through the hole in the sonar screen (2), rigidly on the surface mated to the sonar receiver (1). Thus, freedom of movement of the hydroacoustic screen (2) relative to the hydroacoustic receiver (1) without changing its geometrical location and the rigidity of the fastening of the hydroacoustic receiver (1) relative to the mounting system 4 of the receiving unit and, accordingly, the forming frame of the antenna are achieved.

Устройство работает следующим образом. При возникновении внешнего гидростатического давления возникает деформация гидроакустического экрана (2), не изменяющая геометрии расположения гидроакустического приемника (1) относительно формообразующего каркаса, при этом он экранирует гидроакустический приемник (1) от гидроакустических волн, распространяющихся с тыльной стороны гидроакустического приемника (1). При этом структурная помеха от системы крепления (4) приемного блока, передаваемая по трубке (5) стержню (3), расположенному в трубке (5), гасится виброзащитными штифтами (6).The device operates as follows. When external hydrostatic pressure occurs, deformation of the hydroacoustic screen (2) occurs, which does not change the geometry of the location of the hydroacoustic receiver (1) relative to the forming frame, while it shields the hydroacoustic receiver (1) from hydroacoustic waves propagating from the back of the hydroacoustic receiver (1). In this case, the structural interference from the fastening system (4) of the receiving unit, transmitted through the tube (5) to the rod (3) located in the tube (5), is damped by vibration-proof pins (6).

Предложенная конструкция приемного блока позволяет добиться стабильности расположения гидроакустических приемников (1) как в различных режимах работы антенны, так и в процессе всего времени ее эксплуатации. Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.The proposed design of the receiving unit makes it possible to achieve the stability of the location of hydroacoustic receivers (1) both in various modes of operation of the antenna and during the entire time of its operation. Thus, the objective of the invention can be considered solved.

Claims

Acoustic hydro-acoustic unit, consisting of a system for attaching a hydro-acoustic unit to the forming frame of a hydro-acoustic antenna, a hydro-acoustic receiver and a hydro-acoustic screen connected to it, characterized in that the hydro-acoustic screen is made with a hole and is rigidly fixed to the back of the hydro-acoustic receiver, the hydro-acoustic receiver is connected to the hydro-acoustic fastening system block by means of a rod coaxially inserted into the tube rigidly connected to the guide mounting system acoustic unit to the forming frame of the antenna, and the rod is fixed in the tube with pins made of vibration-isolating material, and the tube and the rod are freely held through the through hole in the sonar screen.