RU2650722C1 - Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне - Google Patents
Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650722C1 RU2650722C1 RU2017106915A RU2017106915A RU2650722C1 RU 2650722 C1 RU2650722 C1 RU 2650722C1 RU 2017106915 A RU2017106915 A RU 2017106915A RU 2017106915 A RU2017106915 A RU 2017106915A RU 2650722 C1 RU2650722 C1 RU 2650722C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- underwater object
- signal
- time
- zones
- frequency
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 8
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 7
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N furosemide Chemical compound C1=C(Cl)C(S(=O)(=O)N)=CC(C(O)=O)=C1NCC1=CC=CO1 ZZUFCTLCJUWOSV-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H3/00—Measuring characteristics of vibrations by using a detector in a fluid
- G01H3/10—Amplitude; Power
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта (ПО) на гидроакустическом полигоне. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности оценки уровней отражения тонального акустического сигнала от отдельных зон корпуса подводного объекта. Способ заключается в том, что ПО направляют по прямолинейной траектории мимо гидроакустического рабочего средства измерений (РСИ). Облучают ПО акустической волной на фиксированной частоте. Осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ, отраженных от различных частей (зон) ПО. Для каждой из выделенных зон определяют время-частотные распределения и оценку уровней отражения тонального сигнала. 7 ил.
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на гидроакустическом полигоне.
Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерения (РСИ), обеспечении движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения составляющих спектра излучения движущегося подводного объекта /RU 2284484, кл. G01H 3/10, 2006/.
Данный способ принят за прототип.
В прототипе в спектре излучения подводного объекта выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую ƒ0 и на выделенной дискретной составляющей измеряют распределение доплеровских частот ƒ(t) во времени t, определяют значение скорости подводного объекта и траверзное расстояние от подводного объекта до РСИ.
Недостатком прототипа является невозможность с его помощью проведения исследований отражательных способностей различных зон корпуса подводного объекта.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. получение возможности оценки уровней отражения тонального акустического сигнала от отдельных зон корпуса подводного объекта.
Данный технический результат достигается за счет того, что в известном гидроакустическом доплеровском способе оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне, заключающемся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерений, обеспечения движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения движущегося подводного объекта, испытуемый подводный объект облучают акустической волной на фиксированной частоте, а прием доплеровского сигнала рабочим средством измерений проводят в отраженном от различных зон подводного объекта излучении, для каждой из которых определяют время-частотные распределения и оценку уровней отражения тонального сигнала отдельных зон корпуса подводного объекта.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 и 2 представлены схемы измерения вторичных физических полей для пояснения существа предложенного способа; на фиг. 3 представлен вид частотно-временной диаграммы для пояснения существующего способа; на фиг. 4, 5, 6, 7 - пространственные и частотно-временные диаграммы для пояснения работы схемы на фиг. 3.
Схема измерения параметров вторичных физических полей (фиг. 1) основана на следующем физическом явлении. Пусть в морской среде, в которой в фиксированных точках расположены источник 1 и приемник 2 звуковых волн, движется некоторый подводный объект 3.
Источник 1 (изображен светлым кружком) и приемник 2 (темный кружок) расположены в точках rs и rγ соответственно. Источник непрерывно на фиксированной частоте ƒ0 излучает звуковую волну, которая, отразившись от движущегося объекта 3, попадает на приемник 2. Во время своего движения объект 3 создает в окружающем его пространстве поле скорости V(r, t), которое описывает обтекающий его поток жидкости.
Пусть некоторая часть принимаемой волны отразилась в момент времени t от малого элемента dΣ поверхности объекта 3, координаты которого задаются радиус-вектором ρΣ(t). Скорость этого элемента описывается величиной 
В целях дальнейшего изложения вводятся три скалярных числа Маха, характеризующих рассматриваемую ситуацию: 
- число Маха обтекающего объект потока, 
- число Маха отражающего элемента, 
- акустическое число Маха. Здесь с - скорость звука в морской среде, 
- максимальное значение колебательной скорости акустической волны, создаваемой в пространстве источником излучения.
При этом выполнены следующие условия:
1. M a , MU, Mv « 1, что означает справедливость использования линейных моделей при описании проявляющихся в рассматриваемой ситуации акустико-гидродинамических явлений.
2. MV « М а при r = rs, rγ, что означает пренебрежимую малость потока обтекания объекта в точках, где расположены излучатель и приемник.
3. Постоянство во времени и пространстве скорости звука с морской среды.
4. Неизменность во времени реологических характеристик (то есть упругопластичных свойств) элемента поверхности dΣ.
Тогда частота сигнала, отраженного от элемента dΣ в момент времени t и пришедшего на приемник, определяется выражением
и описывает эффект Доплера, возникающий при отражении звуковой волны от движущегося отражающего элемента при неподвижных источнике и приемнике.
Полный отраженный сигнал, поступающий на приемник, представляет собой интеграл по всей поверхности Σ рассеивающего объекта. Отраженные сигналы от разных элементов dΣ поверхности поступают на приемник с разными частотами и различными временными задержками. Но если за время прохода объекта максимальная скорость его элементов поверхности ограничена некоторой величиной 
то во все моменты времени спектр отраженного сигнала, пришедшего на приемник, будет заключен в пределах
С учетом того, что, как уже обусловливалось выше, U/c « 1, соотношение (2) допускает приближенную запись
Таким образом, спектр сигнала, поступающего на приемник, заведомо лежит в пределах, определяемых соотношением (3).
Помимо отраженного от объекта сигнала, на приемник поступает прямой сигнал от излучателя, частота которого неизменна и равна ƒ0. Если полный сигнал, поступивший на приемник, подвергнуть полосовой фильтрации с центральной частотой полосы ƒ0 и шириной 
то на выходе приемного тракта сформируется сигнал, обусловленный только отражением от движущегося объекта, спектр которого лежит в пределах
На изложенных выше физических свойствах приема отраженного сигнала от движущегося объекта 3 с использованием эффекта Доплера основана схема измерения параметров вторичных полей, приведенная на фиг. 2.
Если бы отражатель представлял собой малую плоскую пластину, движущуюся вдоль направления оси x со скоростью u = -Uex, то частота ƒ' сигнала, пришедшего на k-тый приемник, оказалась бы связанной с частотой излученного сигнала ƒ0 соотношением
Так как отражающий объект находится в движении, то углы θs и θrk являются функциями времени. В системе отчета времени, связанной с часами, расположенными на отражающем объекте, в каждый момент времени ракурсное положение определяется соотношением
где x(t) = x0 - U t, где x0 - положение отражателя в момент времени t = 0.
Подстановка (6) в (5) определяет частоту отраженного сигнала на приемнике соотношением
представляющим собой известную функцию времени при известных параметрах движения отражателя.
Учет радиального ослабления сигнала в рамках модели сферической волны позволяет в грубом приближении определить вклад в принимаемое давление на частоте ƒ' выражением
На фиг. 3 представлен сигнал на приемнике как функция времени и (соответствующей этому времени) частоты ƒ'. Вычисления проводились по формулам (7, 8) для H = 50 м, L = 0, xr = -50 м, х0 = 500 м, U = 5 м/c во временном диапазоне t ∈ [0…200 с]. Частота излучения ƒ0 = 1000 Гц.
Полученная временно-частотная зависимость позволяет с помощью фильтрации в узкой полосе, окружающей частоту ƒ0 излучателя, отстроиться от прямого сигнала, приходящего на приемник, и, как результат, измерять характеристики вторичных акустических полей, отраженных от исследуемого объекта.
Приведенные оценочные результаты получены для модели отражателя малых геометрических размеров. В случае протяженного отражателя на приемник попадает вторичное поле, отраженное от различных элементов отражателя, и, как следствие, характеризуемое «размазанным» по спектру доплеровским сдвигом. Кроме того, отраженный сигнал, соответствующий одному моменту излучения, попадает на приемник в разные моменты времени, что опять же обусловлено протяженностью отражающего объекта. Таким образом, в один и тот же момент времени на приемнике присутствуют сигналы, характеризуемые разными аспектными углами. Такая ситуация приводит при решении проблемы измерения характеристик вторичных акустических полей к необходимости тщательного исследования задачи дифракции излученной волны на движущемся объекте.
Несмотря на возникающие трудности, измерительный метод, основанный на использовании эффекта Доплера, возникающего при отражении звуковой волны от движущегося объекта и позволяющего определить вторичное звуковое поле от первичного, обладает всеми свойствами перспективного метрологического метода измерения параметров вторичных акустических полей.
Способ реализуется следующим образом.
Испытуемый подводный объект 3 движется по прямолинейной траектории с равномерной скоростью курсом к РСИ 2 (фиг. 2).
При этом испытуемый подводный объект 3 облучают акустической волной на фиксированной частоте ƒ0 и осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ 2 в отраженном от различных зон подводного объекта 3 излучения, для каждой из которых определяют время-частотные распределения (фиг. 4) и кривые прохода различных зон подводного объекта 3 РСИ 2 (фиг. 5).
На фиг. 6 представлена диаграмма уровней отражения различных зон подводного объекта 3: носовой 11, центральной 12 и кормовой 13.
А на фиг. 7 представлены результаты оценки уровней отражения тонального сигнала от этих выделенных зон.
Кривые прохода для зон 11, 12, 13 подводного объекта 3 (фиг. 6) на фиг. 5 обозначены соответственно цифрами 14, 15, 16, а уровни отражения на фиг. 7 - 17, 18, 19.
Таким образом, с помощью данного гидроакустического доплеровского способа в отличие от прототипа появляется возможность проведения исследований отражательных способностей различных зон корпуса подводного объекта 3. Чем достигается поставленный технический результат.
Claims (1)
- Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне, заключающийся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерений, обеспечении движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения движущегося подводного объекта, отличающийся тем, что испытуемый подводный объект облучают акустической волной на фиксированной частоте, а прием доплеровского сигнала рабочим средством измерений проводят в отраженном от различных зон подводного объекта излучении, для каждой из которых определяют время-частотные распределения и оценку уровней отражения тонального сигнала от отдельных зон корпуса подводного объекта.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106915A RU2650722C1 (ru) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017106915A RU2650722C1 (ru) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650722C1 true RU2650722C1 (ru) | 2018-04-17 |
Family
ID=61977007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017106915A RU2650722C1 (ru) | 2017-03-02 | 2017-03-02 | Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650722C1 (ru) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010456C1 (ru) * | 1992-03-25 | 1994-03-30 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Способ измерения уровня звукового давления гидроакустического источника в естественном водоеме и излучатель опорных сигналов для его осуществления |
| JP2000241545A (ja) * | 1999-02-25 | 2000-09-08 | Hitachi Zosen Corp | 航行物体までの距離検出装置および距離検出方法 |
| RU2232473C2 (ru) * | 1998-08-21 | 2004-07-10 | Эволоджикс Гмбх | Способ передачи данных и система для осуществления способа |
| RU2284484C2 (ru) * | 2004-07-26 | 2006-09-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме |
| RU2342681C2 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-12-27 | Сергей Алексеевич Бахарев | Способ обеспечения безопасности мореплавания судов с большой осадкой и водоизмещением |
| RU2464588C1 (ru) * | 2011-06-15 | 2012-10-20 | Владимир Владимирович Малый | Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде звукоряда на основе вычисления интегрального вейвлет-спектра |
-
2017
- 2017-03-02 RU RU2017106915A patent/RU2650722C1/ru active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010456C1 (ru) * | 1992-03-25 | 1994-03-30 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Способ измерения уровня звукового давления гидроакустического источника в естественном водоеме и излучатель опорных сигналов для его осуществления |
| RU2232473C2 (ru) * | 1998-08-21 | 2004-07-10 | Эволоджикс Гмбх | Способ передачи данных и система для осуществления способа |
| JP2000241545A (ja) * | 1999-02-25 | 2000-09-08 | Hitachi Zosen Corp | 航行物体までの距離検出装置および距離検出方法 |
| RU2284484C2 (ru) * | 2004-07-26 | 2006-09-27 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме |
| RU2342681C2 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-12-27 | Сергей Алексеевич Бахарев | Способ обеспечения безопасности мореплавания судов с большой осадкой и водоизмещением |
| RU2464588C1 (ru) * | 2011-06-15 | 2012-10-20 | Владимир Владимирович Малый | Устройство обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде звукоряда на основе вычисления интегрального вейвлет-спектра |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7929375B2 (en) | Method and apparatus for improved active sonar using singular value decomposition filtering | |
| Lo et al. | Aircraft flight parameter estimation using acoustic multipath delays | |
| RU2655478C1 (ru) | Способ измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности | |
| John et al. | Underwater ultrasonic multipath diffraction model for short range communication and sensing applications | |
| Holland | Seabed reflection measurement uncertainty | |
| Palmese et al. | Acoustic imaging of underwater embedded objects: Signal simulation for three-dimensional sonar instrumentation | |
| Luchinin et al. | Low-frequency acoustic tomography of a shallow sea by low-mode pulses | |
| RU2650722C1 (ru) | Гидроакустический доплеровский способ оценки технических параметров отдельных участков корпуса подводного объекта на полигоне | |
| RU2649059C1 (ru) | Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне | |
| RU2711420C1 (ru) | Способ обработки сигналов с гиперболической частотной модуляцией | |
| Moallemi et al. | A new model for array spatial signature for two-layer imaging with applications to nondestructive testing using ultrasonic arrays | |
| Menakath et al. | k-Wave as a Modelling Tool for Underwater Acoustical Imaging | |
| Prieur et al. | Theoretical improvements when using the second harmonic signal in acoustic Doppler current profilers | |
| Langener et al. | Simulation of full-angle ultrasound process tomography with two-phase media using a ray-tracing technique | |
| RU2562001C1 (ru) | Способ поверки доплеровского измерителя скорости течений | |
| Lacefield et al. | Spatial coherence analysis applied to aberration correction using a two-dimensional array system | |
| Podkowa | Spatiotemporal excitation sequence manipulation and processing for Doppler ultrasound and pulse-echo sound speed imaging applications | |
| CN113253284A (zh) | 基于目标散射特性的主动声呐干涉条纹生成方法 | |
| Kwon et al. | A study for acoustic target strength characteristics of submarines using kirchhoff approximation | |
| RU2801053C1 (ru) | Акустический способ измерения параметров движения слоистой морской среды | |
| RU2795577C1 (ru) | Многочастотный корреляционный способ измерения скорости течений | |
| Tegborg et al. | Experimental results of passive imaging of moving continuous broadband sound sources within a sensor field | |
| Abraham et al. | Underwater acoustics | |
| RU2284484C2 (ru) | Способ определения уровня давления шумоизлучения движущегося объекта в натурном водоеме | |
| Pavin et al. | Side-scan sonar images modeling for recognition algorithms development and neural networks training |