RU2496119C1

RU2496119C1 - Antenna module

Info

Publication number: RU2496119C1
Application number: RU2012118523/08A
Authority: RU
Inventors: Борис Моисеевич Бродский; Сергей Васильевич Жуменков
Original assignee: Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор"
Priority date: 2012-04-26
Filing date: 2012-04-26
Publication date: 2013-10-20

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: antenna module consists of acoustic shields and hydroacoustic receivers, each having multiple cylindrical piezoceramic converters. The cylindrical converters form a continuous surface and completely cover the hydroacoustic shields in the direction of the normal to their surface. Converters included in a hydroacoustic receiver are strictly connected in series.

EFFECT: low power of a hydroacoustic wave reflected by the antenna and high sensitivity of hydroacoustic sensors.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке антенн гидроакустических систем и комплексов.The invention relates to the field of sonar and can be applied in the development of antennas for sonar systems and complexes.

Антенный модуль является базовой единицей построения сложных антенных решеток, позволяющий улучшить технологичность сборки, повысить точность и плотность размещения гидроакустических датчиков. Примерами таких модулей могут служить устройства, описанные в изобретениях по патентам РФ №2167499 «Линейный модуль гидроакустической антенны», №2269875 «Многоэлементный линейный модуль гидроакустической приемной антенны». Также линейные антенные модули описываются в составе антенны - патент РФ №27768 на полезную модель «Многоэлементная гидроакустическая антенна» и патент РФ №2078484 на изобретение «Многоэлементная гидроакустическая антенна». Конструктивно, в антенном модуле объединяются гибкий каркас, выполненный либо из шарнирно соединенных частей, либо в виде полимерного шланга заданного сечения, а также гидроакустические датчики и акустические экраны, связанные с ними. При этом модуль представляет из себя законченную автономную конструктивную единицу, способную осуществлять прием гидроакустических сигналов.The antenna module is the basic unit for constructing complex antenna arrays, which allows to improve the manufacturability of the assembly, to increase the accuracy and density of the placement of sonar sensors. Examples of such modules are the devices described in the inventions according to the patents of the Russian Federation No. 21647499 “Linear module of the hydroacoustic antenna”, No. 2269875 “Multi-element linear module of the hydroacoustic receiving antenna”. Also, linear antenna modules are described as part of the antenna — RF patent No. 27768 for the utility model “Multi-element sonar antenna” and RF patent No. 2078484 for the invention “Multi-element sonar antenna”. Structurally, the flexible module is combined in the antenna module, made either of articulated parts, or in the form of a polymer hose of a given section, as well as sonar sensors and acoustic screens associated with them. In this case, the module is a complete autonomous structural unit capable of receiving hydroacoustic signals.

При разработке антенных модулей всегда остаются актуальными вопросы повышения чувствительности гидроакустических приемников. Это вызвано возрастающими требованиями как с точки зрения требований к дальности обнаружения источников локального шума гидроакустическими средствами, так и с точки зрения обнаружения слабых локальных сигналов, имеющих низкое отношение сигнал/помеха, либо затененных сильными локальными источниками. Также необходимо отметить, что многоэлементные антенны, обладающие повышенной чувствительностью, используются в составе гидроакустических систем, оборудованных мощными вычислительными средствами и алгоритмами обработки первичной информации. Это, в свою очередь, накладывает определенные требования на характер данных, получаемых от антенных модулей, в частности, минимальное искажение исходной информации при использовании аппаратных преобразований сигнала. Кроме того, при наличии требований минимизации переизлучения гидроакустических волн, падающих на поверхность носителя антенны, данный вопрос должен учитываться при конструировании модулей, т.к. площадь, занимаемая ими на поверхности носителя для чувствительных антенн высокого разрешения может достигать значительных величин. Примером подобных антенн может служить антенна, описанная в патенте РФ №2259643 «Гидроакустическая многоэлементная антенна выпуклой формы».When developing antenna modules, questions of increasing the sensitivity of sonar receivers always remain relevant. This is caused by increasing requirements both from the point of view of requirements for the detection range of local noise sources by hydroacoustic means, and from the point of view of detecting weak local signals having a low signal to noise ratio or obscured by strong local sources. It should also be noted that multi-element antennas with increased sensitivity are used as part of sonar systems equipped with powerful computing tools and algorithms for processing primary information. This, in turn, imposes certain requirements on the nature of the data received from the antenna modules, in particular, minimal distortion of the initial information when using hardware signal transformations. In addition, if there are requirements to minimize the re-emission of hydroacoustic waves incident on the surface of the antenna carrier, this issue should be taken into account when designing the modules, because the area occupied by them on the surface of the carrier for high-resolution sensitive antennas can reach significant values. An example of such antennas is the antenna described in RF patent No. 2259643 "Convex hydroacoustic multi-element antenna".

Решение, предлагаемое в данном изобретении, является наиболее близким к линейному антенному модулю, описанному в полезной модели по патенту РФ №27768 «Многоэлементная гидроакустическая антенна», который можно отнести к ближайшему аналогу (прототипу) предлагаемого изобретения. В данном патенте описывается гидроакустическая антенна, сформированная из отдельных антенных модулей, состоящих из акустических экранов и гидроакустических приемников, сигналы с которых передаются по единому кабелю.The solution proposed in this invention is the closest to the linear antenna module described in the utility model according to the patent of the Russian Federation No. 27768 "Multi-element sonar antenna", which can be attributed to the closest analogue (prototype) of the present invention. This patent describes a hydroacoustic antenna formed from separate antenna modules consisting of acoustic screens and hydroacoustic receivers, the signals from which are transmitted through a single cable.

Однако данное решение не лишено некоторых недостатков. К таковым можно отнести площадь чувствительной поверхности гидроакустических приемников, меньшую, чем площадь акустических экранов, т.е. площадь поверхности антенного модуля. Вследствие этого, при использовании отражающих экранов от их поверхности, не закрытой гидроакустическими приемниками, будет происходить переизлучение падающей акустической волны. Таким образом, при наличии требований минимизации отражаемой носителем энергии, гидроакустическская антенна будет играть демаскирующую роль. Также необходимо отметить, что выход элементарного канала линейного антенного модуля, как правило, формируется на основе сигналов от нескольких конструктивно завершенных гидроакустических преобразователей (чувствительных элементов), собранных в единую конструкцию по последовательно-параллельной схеме (Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980, с.112-113). С другой стороны, при использовании современных вычислительных комплексов, обрабатывающих данные с датчиков антенны, целесообразно конкретизировать способ объединения сигналов гидроакустических преобразователей с тем, чтобы минимизировать потери первичной информации и получить ее от датчиков в максимально возможном объеме.However, this solution is not without some drawbacks. These include the area of the sensitive surface of hydroacoustic receivers, smaller than the area of acoustic screens, i.e. the surface area of the antenna module. As a result of this, when using reflective screens from their surface not covered by hydroacoustic receivers, re-emission of the incident acoustic wave will occur. Thus, if there are requirements to minimize the energy reflected by the carrier, the sonar antenna will play a unmasking role. It should also be noted that the output of the elementary channel of a linear antenna module, as a rule, is formed on the basis of signals from several structurally completed hydroacoustic transducers (sensitive elements) assembled in a single design in a series-parallel circuit (Sverdlin G.M. Hydroacoustic transducers and antennas. - L .: Shipbuilding, 1980, p.112-113). On the other hand, when using modern computing systems that process data from antenna sensors, it is advisable to specify the method of combining the signals of sonar transducers in order to minimize the loss of primary information and get it from the sensors to the maximum extent possible.

Задачей изобретения является снижение энергии переотражаемой гидроакустической волны, падающей на антенну, сформированную с использованием представленного в заявке линейного антенного модуля, а также максимизация объема информации, получаемой от гидроакустических приемников, т.е. повышение их чувствительности с целью реализации алгоритмов обработки сигнала, построенных на более сложных моделях гидроакустических преобразователей, нежели операция усреднения сигналов нескольких гидроакустических преобразователей, объединенных параллельным соединением в одну группу, образующую элементарный приемный канал.The objective of the invention is to reduce the energy of the reflected hydroacoustic wave incident on the antenna formed using the linear antenna module presented in the application, as well as maximizing the amount of information received from the hydroacoustic receivers, i.e. increasing their sensitivity in order to implement signal processing algorithms built on more complex models of hydroacoustic transducers than the operation of averaging the signals of several hydroacoustic transducers combined by parallel connection into one group forming an elementary receiving channel.

Для решения поставленной задачи в линейный антенный модуль, состоящий из акустических экранов, линий электрических коммуникаций и гидроакустических приемников, состоящих из нескольких цилиндрических пьезокерамических преобразователей, оси симметрии которых параллельны плоскости акустического экрана, введены следующие новые признаки:To solve this problem, the following new features are introduced into a linear antenna module consisting of acoustic screens, electrical communications lines and hydroacoustic receivers consisting of several cylindrical piezoceramic transducers whose symmetry axes are parallel to the plane of the acoustic screen:

1) цилиндрические пьезокерамические преобразователи расположены на поверхности экрана параллельно друг другу с минимальными зазорами как по торцам, так и по образующей цилиндра таким образом, что по нормали к поверхности гидроакустических экранов полностью их перекрывают;1) cylindrical piezoceramic transducers are located on the surface of the screen parallel to each other with minimal gaps both at the ends and along the generatrix of the cylinder in such a way that along the normal to the surface of the hydroacoustic screens completely overlap them;

2) все цилиндрические пьезокерамические преобразователи одного гидроакустического приемника включены электрически последовательно.2) all cylindrical piezoceramic transducers of one hydroacoustic receiver are connected electrically in series.

Техническими результатами изобретения являются:The technical results of the invention are:

- снижение мощности отраженной антенной гидроакустической волны;- reduction in the power of the reflected antenna of the hydroacoustic wave;

- повышение чувствительности гидроакустических датчиков, что позволяет использовать больший объем первичной информации, содержащейся в сигнале для последующей обработки в вычислительном комплексе гидроакустической системы, оборудованной антенной, построенной на заявляемых линейных гидроакустических модулях.- increasing the sensitivity of sonar sensors, which allows you to use a larger amount of primary information contained in the signal for subsequent processing in the computing complex of the sonar system, equipped with an antenna built on the inventive linear sonar modules.

Вышеуказанные технические результаты достигаются за счет:The above technical results are achieved due to:

1) большего поглощения падающей гидроакустической волны в системе «преобразователь-экран» по сравнению с собственно акустическим экраном;1) greater absorption of the incident hydroacoustic wave in the "transducer-screen" system compared to the actual acoustic screen;

2) при последовательном включении гидроакустических датчиков достигается максимально возможная чувствительность исключением усреднения сигналов при параллельном соединении гидроакустических преобразователей в гидроакустическом приемнике, а дальнейшая обработка информации происходит на более сложных моделях преобразователей в вычислительном комплексе, например, обобщенным методом наименьших квадратов с учетом погрешностей каждого преобразователя.2) when the hydroacoustic sensors are connected in series, the maximum possible sensitivity is achieved with the exception of signal averaging when the hydroacoustic transducers are connected in parallel in the hydroacoustic receiver, and further processing of information occurs on more complex transducer models in the computer complex, for example, by the generalized least squares method taking into account the errors of each transducer.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется на фигуре 1. В антенном модуле, содержащем акустические экраны (2), установлены цилиндрические пьезокерамические преобразователи (1), перекрывающие всю площадь акустических экранов по нормали к ним. При этом несколько цилиндрических пьезокерамических преобразователей (2) соединены последовательно и образуют один гидроакустический приемник (3).The essence of the invention is illustrated in figure 1. In the antenna module containing acoustic screens (2), cylindrical piezoceramic transducers (1) are installed that cover the entire area of the acoustic screens normal to them. In this case, several cylindrical piezoceramic transducers (2) are connected in series and form one hydroacoustic receiver (3).

Устройство работает следующим образом. Фронт гидроакустической волны, падающий на поверхность линейного модуля, всей своей поверхностью взаимодействует с цилиндрическими пьезокерамиче-скими преобразователями (1). В свою очередь сигналы, распространяющиеся со стороны корпуса носителя, на котором установлен линейный модуль, отражаются либо поглощаются гидроакустическими экранами (2). При этом цилиндрические пьезокерамические преобразователи (1) соединены строго последовательно, что позволяет добиться максимальной чувствительности [Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. - Л.: Судостроение, 1980. - 232 с., ил., с.23-27], т.к. при последовательном электрическом соединении чувствительность гидроакустического приемника γ_∑ составляет:The device operates as follows. The front of the hydroacoustic wave incident on the surface of the linear module interacts with its entire surface with cylindrical piezoceramic transducers (1). In turn, the signals propagating from the side of the carrier body on which the linear module is mounted are reflected or absorbed by sonar screens (2). Moreover, cylindrical piezoceramic transducers (1) are connected strictly in series, which allows to achieve maximum sensitivity [G. Sverdlin Hydroacoustic transducers and antennas. - L .: Shipbuilding, 1980. - 232 p., Ill., P.23-27], because with a serial electrical connection, the sensitivity of the hydroacoustic receiver γ _∑ is:

γ_∑=Nγ_пр,γ _∑ = Nγ _pr ,

где N - количество цилиндрических пьезокерамических преобразователей, γ_пр - чувствительность цилиндрического пьезокерамического преобразователя.where N is the number of cylindrical piezoceramic transducers, γ _pr is the sensitivity of the cylindrical piezoceramic transducer.

Предложенная конструкция линейного приемного модуля позволяет добиться:The proposed design of the linear receiving module allows you to achieve:

1) меньшей мощности переотражаемой гидроакустической волны, падающей на антенну, а следовательно, меньшей мощности переотражаемого носителем сигнала;1) lower power of the reflected sonar wave incident on the antenna, and therefore, lower power of the signal reflected by the carrier;

2) улучшения характеристик обнаружения и оценки параметров гидроакустических сигналов, принимаемых антенной, составленной из заявляемых линейных модулей.2) improving the detection and evaluation parameters of hydroacoustic signals received by an antenna composed of the claimed linear modules.

Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.Thus, the objective of the invention can be considered solved.

Claims

1. A linear antenna module consisting of acoustic screens, electrical communication lines and hydroacoustic receivers, consisting of several cylindrical piezoceramic transducers whose symmetry axes are parallel to the plane of the acoustic screen, characterized in that the cylindrical piezoceramic transducers are parallel to each other on the screen surface with minimal gaps both along the ends and along the generatrix of the cylinder in such a way that along the normal to the surface of the hydroacoustic screens completely cover them.

2. The linear antenna module according to claim 1, characterized in that all cylindrical piezoceramic transducers of one hydroacoustic receiver are connected electrically in series.