RU2817561C1 - Method of measuring directivity characteristics of radiating hydroacoustic antenna - Google Patents
Method of measuring directivity characteristics of radiating hydroacoustic antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2817561C1 RU2817561C1 RU2023123551A RU2023123551A RU2817561C1 RU 2817561 C1 RU2817561 C1 RU 2817561C1 RU 2023123551 A RU2023123551 A RU 2023123551A RU 2023123551 A RU2023123551 A RU 2023123551A RU 2817561 C1 RU2817561 C1 RU 2817561C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iga
- hydroacoustic
- acoustic pressure
- radiating
- diffraction zone
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000006870 function Effects 0.000 claims description 13
- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 1
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000012384 transportation and delivery Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения характеристик направленности излучающих гидроакустических антенн гидроакустических комплексов различных объектов установки.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to measure the directivity characteristics of radiating hydroacoustic antennas of hydroacoustic complexes of various installation objects.
Гидроакустическая антенна является одной из основных частей гидроакустических комплексов и станций, во многом определяющей эффективность их работы. Поэтому в процессе разработки, испытаний и сдачи гидроакустических антенн большое значение имеет достоверное измерение их характеристик направленности.The hydroacoustic antenna is one of the main parts of hydroacoustic complexes and stations, which largely determines the efficiency of their operation. Therefore, in the process of development, testing and delivery of hydroacoustic antennas, reliable measurement of their directivity characteristics is of great importance.
Известен способ аналогичного назначения [Колесников А.Е. Акустические измерения. Л., Судостроение, 1983], подразумевающий проведение прямых измерений характеристик направленности непосредственно в зоне дифракции Фраунгофера (дальнем поле) гидроакустических антенн. Недостатком известного аналога является необходимость проведения измерений на достаточном удалении от поверхности гидроакустической антенны, определяемом неравенством:There is a known method for a similar purpose [Kolesnikov A.E. Acoustic measurements. L., Shipbuilding, 1983], which involves direct measurements of directivity characteristics directly in the Fraunhofer diffraction zone (far field) of hydroacoustic antennas. The disadvantage of the known analogue is the need to carry out measurements at a sufficient distance from the surface of the hydroacoustic antenna, determined by the inequality:
где R - расстояние между гидроакустической антенной и измерительным зондом;where R is the distance between the hydroacoustic antenna and the measuring probe;
L - максимальный габаритный размер гидроакустической антенны;L - maximum overall size of the hydroacoustic antenna;
λ - длина звуковой волны.λ - sound wavelength.
Такое удаление существенно снижает точность измерений вследствие влияния отражений сигналов от границ опытовой акваторий, а также флюктуацией сигналов во времени, связанной с особенностями его распространения. Для гидроакустических антенн больших волновых размеров расстояния, требуемые для реализации данного способа, могут составлять сотни метров, что зачастую превышает размеры выделенной для измерений акватории.Such a removal significantly reduces the accuracy of measurements due to the influence of signal reflections from the boundaries of the experimental water areas, as well as fluctuations of signals in time associated with the characteristics of its propagation. For hydroacoustic antennas of large wave sizes, the distances required to implement this method can be hundreds of meters, which often exceeds the size of the water area allocated for measurements.
Известен способ аналогичного назначения [Э.В. Лабецкий, А.А. Янпольский, А.А. Янпольская Применение регрессионных методов при определении характеристик многоканальных систем // Обработка акустической информации в многоканальных системах. - Науч.-тех. сб.: вып. 6 (1). - Л:, 1984], подразумевающий проведение измерений характеристик направленности антенн в переходной зоне между ближней зоной, зоной дифракции Френеля и зоной Фраунгофера с последующим введением поправочных коэффициентов, учитывающих влияние кривизны волнового фронта.There is a known method for a similar purpose [E.V. Labetsky, A.A. Yanpolsky, A.A. Yanpolskaya Application of regression methods in determining the characteristics of multi-channel systems // Processing of acoustic information in multi-channel systems. - Scientific and technical Sat.: issue. 6 (1). - L:, 1984], which involves measuring the directivity characteristics of antennas in the transition zone between the near zone, the Fresnel diffraction zone and the Fraunhofer zone with the subsequent introduction of correction factors taking into account the influence of wavefront curvature.
Недостатком данного способа является необходимость определения поправочных коэффициентов для каждого геометрического конструктива (сфера, цилиндр, плоскость и т.д.) и размера гидроакустической антенны, углов и расстояний, на которых проводятся измерения. А для гидроакустических антенн больших волновых размеров по указанным выше причинам данный способ может быть также не применим.The disadvantage of this method is the need to determine correction factors for each geometric structure (sphere, cylinder, plane, etc.) and the size of the hydroacoustic antenna, angles and distances at which measurements are taken. And for hydroacoustic antennas of large wave sizes, for the reasons stated above, this method may also not be applicable.
Известен способ измерения характеристик направленности приемных гидроакустических антенн [В.В. Баскин, М.Д. Смарышев Об измерениях параметров многоэлементных антенн в зоне Френеля // Гидроакустика. - Науч.-тех. сб.: вып. 5. - СПб: Наука, 2004], подразумевающий проведение прямых измерений амплитуды и фазы сигналов на выходе каждого канала многоканальной гидроакустической антенны, последующее сложение сигналов с введением амплитудно-фазовых распределений, соответствующих условиям прихода сигналов из зоны дифракции Фраунгофера для всей апертуры гидроакустической антенны. Данный способ можно использовать при измерении характеристик направленности, как приемных, так и излучающих многоканальных гидроакустических антенн. Недостатками данного аналога является необходимость измерения расстояний от излучателя до каждого элемента гидроакустической антенны, а также введения в каждый канал гидроакустической антенны соответствующего амплитудно-фазового распределения. Кроме того, данный способ не может быть использован при измерении характеристик направленности одноканальных гидроакустических антенн.There is a known method for measuring the directivity characteristics of receiving hydroacoustic antennas [V.V. Baskin, M.D. Smaryshev On measurements of the parameters of multi-element antennas in the Fresnel zone // Hydroacoustics. - Scientific and technical Sat.: issue. 5. - St. Petersburg: Nauka, 2004], which involves direct measurements of the amplitude and phase of signals at the output of each channel of a multichannel hydroacoustic antenna, subsequent addition of signals with the introduction of amplitude-phase distributions corresponding to the conditions for the arrival of signals from the Fraunhofer diffraction zone for the entire aperture of the hydroacoustic antenna. This method can be used when measuring the directivity characteristics of both receiving and emitting multichannel hydroacoustic antennas. The disadvantages of this analogue are the need to measure the distances from the emitter to each element of the hydroacoustic antenna, as well as the introduction of the corresponding amplitude-phase distribution into each channel of the hydroacoustic antenna. In addition, this method cannot be used when measuring the directivity characteristics of single-channel hydroacoustic antennas.
Наиболее близким по количеству общих признаков является способ, описанный в статье [Г.Ю. Годзиашвили Разработка методики поверки измерительных излучателей, основанной на измерениях, проводимых в ближнем поле // Гидроакустика. - Науч.-тех. сб.: вып. 11 (1). - СПб: Наука, 2011].The closest in terms of the number of common features is the method described in the article [G.Yu. Godziashvili Development of a methodology for verifying measuring emitters based on measurements carried out in the near field // Hydroacoustics. - Scientific and technical Sat.: issue. 11(1). - St. Petersburg: Nauka, 2011].
Этот способ измерения характеристик направленности свободен от отмеченных недостатков предыдущих аналогов. Способ основан на использовании интегральной формулы Кирхгофа, позволяющей рассчитать значения акустического давления, формируемого излучающей гидроакустической антенной (ИГА) в зоне дифракции Фраунгофера (дальнем поле), через распределение акустического давления, измеренного на замкнутой поверхности, окружающей ИГА в зоне дифракции Френеля (ближнем поле).This method of measuring directivity characteristics is free from the noted disadvantages of previous analogues. The method is based on the use of the Kirchhoff integral formula, which makes it possible to calculate the values of the acoustic pressure generated by the radiating hydroacoustic antenna (IHA) in the Fraunhofer diffraction zone (far field), through the distribution of acoustic pressure measured on a closed surface surrounding the IHA in the Fresnel diffraction zone (near field) .
Для реализации способа измерений, описанного в прототипе, выполняют следующие действия. ИГА размещают в водной среде на вертикальной штанге поворотного устройства. На вход ИГА с выхода усилителя мощности подают акустический тональный сигнал, заданной частоты. В зоне дифракции Френеля ИГА размещают измерительный зонд, подключенный к аналого-цифровому преобразователю (АЦП). Измерительный зонд представляет собой линейную приемную дискретную антенну, все приемные гидрофоны которой запараллелены. ИГА вращают на поворотном устройстве в диапазоне углов от 0° до 360° в азимутальной плоскости относительно оси вертикальной штанги. С помощью этого вертикального измерительного зонда и АЦП измеряют и регистрируют массив значений акустического давления, создаваемого излучением ИГА на цилиндрической поверхности в диапазоне углов от 0° до 360°.To implement the measurement method described in the prototype, perform the following steps. The IGA is placed in an aquatic environment on a vertical rod of a rotating device. An acoustic tone signal of a given frequency is supplied to the input of the IGA from the output of the power amplifier. A measuring probe connected to an analog-to-digital converter (ADC) is placed in the Fresnel diffraction zone of the IGA. The measuring probe is a linear receiving discrete antenna, all receiving hydrophones of which are parallelized. The IGA is rotated on a rotating device in the angle range from 0° to 360° in the azimuthal plane relative to the axis of the vertical rod. Using this vertical measuring probe and the ADC, an array of acoustic pressure values generated by the IGA radiation on a cylindrical surface is measured and recorded in the angle range from 0° to 360°.
После окончания измерений рассчитывают массив значений функции Грина для выбранных координат в зоне дифракции Фраунгофера. Массив рассчитанных значений функции Грина перемножают с массивом измеренных значений акустического давления и интегрируют по углу в азимутальной плоскости, получая распределение акустического давления, формируемого ИГА в зоне дифракции Фраунгофера в азимутальной плоскости, представляющее собой характеристику направленности ИГА в азимутальной плоскости.After completing the measurements, an array of Green's function values is calculated for the selected coordinates in the Fraunhofer diffraction zone. The array of calculated Green's function values is multiplied with an array of measured acoustic pressure values and integrated over the angle in the azimuthal plane, obtaining the distribution of the acoustic pressure generated by the IGA in the Fraunhofer diffraction zone in the azimuthal plane, which represents the directionality characteristic of the IGA in the azimuthal plane.
Прототип позволяет проводить измерения в непосредственной близости от поверхности ИГА, что в свою очередь позволяет существенно уменьшить влияние отражений сигналов от границ акватории и флюктуации сигналов во времени, на точность измерений. При расчете характеристик направленности ИГА в каждой точке в зоне дифракции Фраунгофера используются значения акустического давления, измеренные на всей поверхности, окружающей антенну в зоне дифракции Френеля, этим обусловлена повышенная информативность и помехоустойчивость прототипа. Прототип позволяет проводить измерения характеристик направленности как одноканальных, так и многоканальных ИГА различной конфигурации. При проведении измерений нет необходимости введения каких-либо амплитудно-фазовых распределений, как на элементах ИГА, так и на измерительном зонде.The prototype allows measurements to be carried out in close proximity to the surface of the IGA, which in turn can significantly reduce the influence of signal reflections from the boundaries of the water area and fluctuations of signals in time on the accuracy of measurements. When calculating the directivity characteristics of the IHA at each point in the Fraunhofer diffraction zone, the acoustic pressure values measured on the entire surface surrounding the antenna in the Fresnel diffraction zone are used, this determines the increased information content and noise immunity of the prototype. The prototype makes it possible to measure the directivity characteristics of both single-channel and multi-channel IGAs of various configurations. When carrying out measurements, there is no need to introduce any amplitude-phase distributions, either on the IGA elements or on the measuring probe.
Недостатком прототипа являются:The disadvantages of the prototype are:
- наличие методической погрешности измерения характеристик направленности ИГА, вызванной незамкнутостью выбранной цилиндрической поверхности конечной высоты, определяемой линейным размером зонда, с помощью которого выполняется измерение распределения акустического давления, создаваемого ИГА в зоне дифракции Френеля.- the presence of a methodological error in measuring the directional characteristics of the IGA, caused by the openness of the selected cylindrical surface of finite height, determined by the linear size of the probe, with the help of which the distribution of acoustic pressure created by the IGA in the Fresnel diffraction zone is measured.
- возможность измерения характеристик направленности ИГА только в азимутальной плоскости.- the ability to measure the directional characteristics of the IGA only in the azimuthal plane.
Задачей изобретения является обеспечение возможности измерения характеристик направленности ИГА относительно любой произвольной плоскости пространства с повышенной точностью.The objective of the invention is to provide the ability to measure the directional characteristics of an IGA relative to any arbitrary plane of space with increased accuracy.
Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является уменьшение погрешности измерений характеристики направленности ИГА, путем использования замкнутой сферической измерительной поверхности, и реализация возможности измерения характеристики направленности ИГА в произвольной плоскости пространства.The technical result obtained by implementing the invention is to reduce the measurement error of the directional characteristics of the IGA by using a closed spherical measuring surface, and to realize the possibility of measuring the directivity characteristics of the IGA in an arbitrary plane of space.
Для обеспечения заявленного технического результата в способ измерения характеристики направленности ИГА, заключающийся в том, что ИГА, размещенную в водной среде на вертикальной штанге поворотного устройства, излучающую акустический тональный сигнал заданной частоты, вращают на поворотном устройстве в диапазоне углов от 0° до 360° вокруг оси штанги поворотного устройства, и измерительным зондом, размещенным в зоне дифракции Френеля ИГА, содержащим по крайней мере один канал, имеющий гидрофон, соединенный с приемной системой, измеряют распределение акустического давления, создаваемого излучением ИГА при ее вращении, в приемной системе запоминают массив полученных измеренных значений давления, рассчитывают массив функции Грина для выбранных координат в азимутальной плоскости в зоне дифракции Фраунгофера; массив, рассчитанных значений функции Грина перемножают с массивом измеренных значений акустического давления, получая распределение акустического давления, формируемого ИГА в зоне дифракции Фраунгофера, представляющее собой характеристику направленности ИГА, введены новые признаки, а именно: измерительный зонд выполняют многоканальным в виде образующей сферы, диаметр которой больше линейного размера ИГА, измерение акустического давления, создаваемого ИГА, производят на сферической поверхности в точках с заданными координатами в азимутальной и угломестной плоскостях, соответствующих размещению гидрофонов каналов измерительного зонда, измеренные значения акустического давления запоминают в виде двумерного массива А, имеющего размерность n×m, где n - количество отсчетов в азимутальной плоскости m - количество отсчетов в угломестной плоскости, определяемое количеством гидрофонов в измерительном зонде, расчет значений функции Грина в зоне дифракции Фраунгофера производят для выбранных угловых координат в азимутальной и угломестной плоскостях в виде двумерного массива значений G, имеющего размерность n×m, а характеристику направленности ИГА получают двойным интегрированием произведения двумерного массива рассчитанных значений функции Грина G и двумерного массива измеренных значений распределения акустического давления А по углу θ0 в азимутальной плоскости в пределах от 0° до 360° и по углу ϕ0 в угломестной плоскости в пределах от 0° до 180°.To ensure the stated technical result, a method for measuring the directivity characteristics of a rotating device, which consists in the fact that the flying device, placed in an aquatic environment on a vertical rod of a rotating device, emitting an acoustic tone signal of a given frequency, is rotated on the rotating device in the range of angles from 0° to 360° around axis of the rotating device rod, and a measuring probe placed in the Fresnel diffraction zone of the IGA, containing at least one channel having a hydrophone connected to the receiving system, measure the distribution of the acoustic pressure created by the radiation of the IGA during its rotation, an array of the obtained measured data is stored in the receiving system pressure values, an array of Green's functions is calculated for selected coordinates in the azimuthal plane in the Fraunhofer diffraction zone; an array of calculated values of the Green's function is multiplied with an array of measured values of acoustic pressure, obtaining the distribution of acoustic pressure formed by the IGA in the Fraunhofer diffraction zone, which is a characteristic of the directionality of the IGA; new features are introduced, namely: the measuring probe is made multichannel in the form of a generatrix of a sphere, the diameter of which is larger than the linear size of the IGA, the measurement of the acoustic pressure created by the IGA is carried out on a spherical surface at points with given coordinates in the azimuthal and elevation planes corresponding to the placement of the hydrophones of the channels of the measuring probe, the measured values of the acoustic pressure are stored in the form of a two-dimensional array A having a dimension of n×m , where n is the number of readings in the azimuthal plane m is the number of readings in the elevation plane, determined by the number of hydrophones in the measuring probe, the calculation of the values of the Green's function in the Fraunhofer diffraction zone is carried out for selected angular coordinates in the azimuthal and elevation planes in the form of a two-dimensional array of G values, having dimension n×m, and the directional characteristic of the IHA is obtained by double integration of the product of a two-dimensional array of calculated values of the Green's function G and a two-dimensional array of measured values of the distribution of acoustic pressure A along the angle θ 0 in the azimuthal plane ranging from 0° to 360° and along the angle ϕ 0 in elevation plane ranging from 0° to 180°.
Применение измерительного зонда в виде образующей сферы обеспечивает измерение акустического давления, формируемого ИГА на сферической замкнутой поверхности, устраняя источник методической погрешности прототипа - незамкнутость цилиндрической поверхности.The use of a measuring probe in the form of a generatrix of a sphere ensures the measurement of the acoustic pressure generated by the IGA on a spherical closed surface, eliminating the source of the methodological error of the prototype - the openness of the cylindrical surface.
Применение многоканального измерительного зонда обеспечивает измерение акустического давления, формируемого ИГА в зоне дифракции Френеля, как в азимутальной плоскости, так и в угломестной, что в свою очередь обеспечивает возможность расчета значений характеристик направленности, формируемых ИГА в зоне дифракции Фраунгофера в произвольных плоскостях.The use of a multichannel measuring probe ensures the measurement of the acoustic pressure generated by the IGA in the Fresnel diffraction zone, both in the azimuthal plane and in the elevation plane, which in turn makes it possible to calculate the values of the directivity characteristics formed by the IGA in the Fraunhofer diffraction zone in arbitrary planes.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, 3 при этом на фиг. 1 представлена схема измерений, реализующая способ, на фиг. 2 - результат математического моделирования измерения характеристики направленности ИГА предложенным способом, имеющей волновой размер 10 λ × 10 λ, где λ - длина волны акустического тонального сигнала. На фиг. 2 сплошной линией обозначена расчетная теоретическая характеристика направленности ИГА, пунктирной линией - характеристика направленности ИГА, измеренная предложенным способом. На фиг. 3 представлен результат измерения характеристики направленности реальной ИГА, имеющей волновой размер 25 λ × 3,5 λ, предложенным способом. На фиг. 3 сплошной линией обозначена характеристика направленности ИГА, измеренная известным способом [Колесников А.Е. Акустические измерения. Л., Судостроение, 1983], подразумевающим проведение прямых измерений характеристики направленности непосредственно в зоне дифракции Фраунгофера, пунктирной линией - характеристика направленности ИГА, измеренная предложенным способом.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1, 2, 3 while in FIG. 1 shows a measurement diagram that implements the method; FIG. 2 - the result of mathematical modeling of measuring the directivity characteristics of the IGA using the proposed method, having a wave size of 10 λ × 10 λ, where λ is the wavelength of the acoustic tone signal. In fig. 2, the solid line indicates the calculated theoretical characteristic of the directivity of the IGA, the dotted line indicates the directivity characteristic of the IGA, measured by the proposed method. In fig. Figure 3 shows the result of measuring the directivity characteristics of a real IGA having a wave size of 25 λ × 3.5 λ using the proposed method. In fig. 3, the solid line indicates the directivity characteristic of the IGA, measured by a known method [Kolesnikov A.E. Acoustic measurements. L., Shipbuilding, 1983], implying direct measurements of the directivity characteristics directly in the Fraunhofer diffraction zone; the dotted line is the directivity characteristic of the IGA measured by the proposed method.
Измерительная схема (фиг. 1) содержит поворотное устройство 3 (УП), снабженное вертикальной штангой, на которой закреплена испытуемая излучающая гидроакустическая антенна 1, в данном примере цилиндрическая. Управление работой поворотного устройства 3 (УП) осуществляется с помощью подключенного к нему пульта управления 4 (ПУ). Для передачи и регистрации текущих угловых координат штанги поворотного устройства 3 (УП) пульт управления 4 (ПУ) соединен с компьютером 8 (ПК).The measuring circuit (Fig. 1) contains a rotating device 3 (UP), equipped with a vertical rod on which the tested radiating
В непосредственной близости от поверхности излучающей гидроакустической антенны 1, расположен измерительный зонд 2 в виде образующей сферы, обращенный открытой стороной к излучающей гидроакустической антенне. Диаметр измерительного зонда 2 должен превышать вертикальный размер излучающей гидроакустической антенны 1. Измерительный зонд 2 соединен со входом многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП), выход которого соединен с компьютером 8 (ПК). Компьютер 8 (ПК) также соединен со входом генератора сигналов 6 (Г), выход которого соединен со входом усилителя мощности 5 (УМ). Выход усилителя мощности 5 (ИМ) подключен непосредственно к гидроакустической антенне 1.In the immediate vicinity of the surface of the radiating
Все устройства, используемые в схеме измерений (фиг. 1), известны и не требуют отдельной разработки [Справочник по гидроакустике Л., Судостроение, 1988].All devices used in the measurement scheme (Fig. 1) are known and do not require separate development [Handbook of hydroacoustics L., Shipbuilding, 1988].
С помощью схемы измерений (фиг. 1) предложенный способ реализуется следующим образом.Using the measurement scheme (Fig. 1), the proposed method is implemented as follows.
Излучающую гидроакустическую антенну 1 размещают в водной среде на вертикальной штанге поворотного устройства 3 (УП). По команде от компьютера 8 (ПК), на выходе генератора сигналов 6 (Г) формируется тональный сигнал, заданной частоты и амплитуды, далее этот сигнал поступает на усилитель мощности 5 (УМ), где усиливается и поступает на вход излучающей гидроакустической антенны 1. В водной среде в непосредственной близости от поверхности излучающей гидроакустической антенны 1 размещают измерительный зонд 2, выполненный многоканальным, в виде образующей сферы. С помощью пульта управления 4 (ПУ) запускают вращение штанги поворотного устройства 3 (УП) с закрепленной на ней излучающей гидроакустической антенной 1. С выхода пульта управления 4 (ПУ) в компьютер 8 (ПК) поступают данные о текущих угловых координатах штанги в азимутальной плоскости.The radiating
Сигналы, принятые измерительным зондом 2 поступают на вход многоканального аналого-цифрового преобразователя 7 (АЦП), где оцифровываются и записываются в память компьютера 8 (ПК) в виде массива значений акустического давления А, имеющего размерность n×m, где n - количество отсчетов в азимутальной плоскости, определяемое частотой дискретизации АЦП, m - количество отсчетов в угломестной плоскости, определяемое количеством гидрофонов в измерительном зонде. После окончания измерения с помощью выражения (2) осуществляют расчет массива значений функции Грина G:The signals received by the measuring
где, - массив значений функции Грина;Where, - array of Green's function values;
θ0 - угловая координата в азимутальной плоскости на сферической поверхности в зоне дифракции Френеля, определяемая угловым датчиком поворотного устройства 3 (УП);θ 0 - angular coordinate in the azimuthal plane on a spherical surface in the Fresnel diffraction zone, determined by the angular sensor of the rotating device 3 (UP);
ϕ0 - угловая координата в угломестной плоскости на сферической поверхности в зоне дифракции Френеля, определяема положением гидрофона в измерительном зонде 2;ϕ 0 - angular coordinate in the elevation plane on a spherical surface in the Fresnel diffraction zone, determined by the position of the hydrophone in the measuring
R0 - радиус измерительного зонда;R 0 - radius of the measuring probe;
θ - задаваемая угловая координата в азимутальной плоскости на сферической поверхности в зоне дифракции Фраунгофера;θ is the specified angular coordinate in the azimuthal plane on a spherical surface in the Fraunhofer diffraction zone;
ϕ - задаваемая угловая координата в угломестной плоскости на сферической поверхности в зоне дифракции Фраунгофера;ϕ is the specified angular coordinate in the elevation plane on a spherical surface in the Fraunhofer diffraction zone;
R - задаваемый радиус сферической поверхности в зоне дифракции Фраунгофера;R is the specified radius of the spherical surface in the Fraunhofer diffraction zone;
k - волновое число.k is the wave number.
С помощью выражения (3) выполняют расчет значений давления, формируемых гидроакустической антенной в зоне дифракции Фраунгофера в точках с координатами (R, θ, ϕ), затем проводят двойное интегрирование произведения двумерного массива рассчитанных значений функции Грина G и двумерного массива измеренных значений распределения давления А по углу θ0 в азимутальной плоскости в пределах от 0° до 360° и по углу ϕ0 в угломестной плоскости в пределах от 0° до 180°:Using expression (3), the pressure values generated by the hydroacoustic antenna in the Fraunhofer diffraction zone at points with coordinates (R, θ, ϕ) are calculated, then double integration is carried out of the product of a two-dimensional array of calculated values of the Green's function G and a two-dimensional array of measured values of pressure distribution A by angle θ 0 in the azimuthal plane in the range from 0° to 360° and by angle ϕ 0 in the elevation plane in the range from 0° to 180°:
гдеWhere
- массив значений акустического давления, измеренных в зоне дифракции Френеля; - an array of acoustic pressure values measured in the Fresnel diffraction zone;
- рассчитанное значение акустического давления, формируемое гидроакустической антенной в зоне дифракции Фраунгофера. Распределение акустического давления, формируемого гидроакустической антенной в заданной плоскости в зоне дифракции Фраунгофера, представляет собой характеристику направленности гидроакустической антенны в заданной плоскости. - calculated value of acoustic pressure generated by a hydroacoustic antenna in the Fraunhofer diffraction zone. The distribution of acoustic pressure generated by a hydroacoustic antenna in a given plane in the Fraunhofer diffraction zone is a characteristic of the directivity of the hydroacoustic antenna in a given plane.
Результаты выполненного математического моделирования измерения характеристики направленности ИГА (фиг. 2) и результаты измерения характеристики направленности реальной ИГА (фиг. 3) подтверждают возможность использования выражений (2) и (3) и предложенной схемы (фиг. 1) для измерения характеристик направленности, формируемых излучающими гидроакустическими антеннами в зоне дифракции Фраунгофера.The results of the performed mathematical modeling of measuring the directivity characteristics of the IGA (Fig. 2) and the results of measuring the directivity characteristics of the real IGA (Fig. 3) confirm the possibility of using expressions (2) and (3) and the proposed scheme (Fig. 1) to measure the directivity characteristics formed radiating hydroacoustic antennas in the Fraunhofer diffraction zone.
Таким образом, совокупность результатов математического моделирования, результатов измерения характеристики направленности реальной ИГА, а также примененных технических решений, в частности реализация замкнутой сферической измерительной поверхности и применение многоканального измерительного зонда позволило обеспечить измерение характеристики направленности, формируемых излучающими гидроакустическими. антеннами гидроакустических комплексов, в произвольных плоскостях с минимальной методической погрешностью, достигая, тем самым, заданного технического результата.Thus, the combination of the results of mathematical modeling, the results of measuring the directivity characteristics of a real IHA, as well as the applied technical solutions, in particular the implementation of a closed spherical measuring surface and the use of a multi-channel measuring probe, made it possible to measure the directivity characteristics formed by radiating hydroacoustic. antennas of hydroacoustic systems, in arbitrary planes with minimal methodological error, thereby achieving the specified technical result.
Предложенный способ может быть использован при разработке методик измерения характеристик направленности излучающих гидроакустических антенн в условиях опытовых бассейнов, измерительных полигонов, а также непосредственно в условиях объектов установки гидроакустических комплексов при использовании специализированных поворотных устройств.The proposed method can be used in the development of methods for measuring the directivity characteristics of radiating hydroacoustic antennas in the conditions of experimental pools, measuring sites, as well as directly in the conditions of installations of hydroacoustic complexes using specialized rotating devices.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2817561C1 true RU2817561C1 (en) | 2024-04-16 |
Family
ID=
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010456C1 (en) * | 1992-03-25 | 1994-03-30 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method of measurement of sound pressure level of underwater acoustic source in natural water reservoir and reference signal transducer for its implementation |
| RU2010457C1 (en) * | 1992-09-15 | 1994-03-30 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Device for irradiating hydroacoustic signals |
| RU2042283C1 (en) * | 1992-12-28 | 1995-08-20 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Process of calibration of sonar antenna under conditions of natural water basin |
| RU2141743C1 (en) * | 1998-03-24 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for calibration of hydroacoustic measuring circuit of measuring instrument |
| RU2243628C2 (en) * | 2002-09-11 | 2004-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АСК Про" | Device for determining acoustical parameters of pressure gradient probe |
| RU71847U1 (en) * | 2007-09-20 | 2008-03-20 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | DEVICE FOR CALIBRATION OF RECEIVERS AS A COMPOSITION OF FLEXIBLE EXTENDED TOWED ANTENNAS |
| RU2562001C1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-09-10 | Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения" | Inspection method of doppler current velocity meter |
| RU166785U1 (en) * | 2016-07-25 | 2016-12-10 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2010456C1 (en) * | 1992-03-25 | 1994-03-30 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method of measurement of sound pressure level of underwater acoustic source in natural water reservoir and reference signal transducer for its implementation |
| RU2010457C1 (en) * | 1992-09-15 | 1994-03-30 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Device for irradiating hydroacoustic signals |
| RU2042283C1 (en) * | 1992-12-28 | 1995-08-20 | Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Process of calibration of sonar antenna under conditions of natural water basin |
| RU2141743C1 (en) * | 1998-03-24 | 1999-11-20 | Государственное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Method for calibration of hydroacoustic measuring circuit of measuring instrument |
| RU2243628C2 (en) * | 2002-09-11 | 2004-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "АСК Про" | Device for determining acoustical parameters of pressure gradient probe |
| RU71847U1 (en) * | 2007-09-20 | 2008-03-20 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | DEVICE FOR CALIBRATION OF RECEIVERS AS A COMPOSITION OF FLEXIBLE EXTENDED TOWED ANTENNAS |
| RU2562001C1 (en) * | 2014-05-21 | 2015-09-10 | Закрытое акционерное общество "Ассоциация предприятий морского приборостроения" | Inspection method of doppler current velocity meter |
| RU166785U1 (en) * | 2016-07-25 | 2016-12-10 | Евгений Борисович Колесников | AC VOLTAGE TRANSMITTER |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Годзиашвили Г.Ю. Разработка методики поверки измерительных излучателей, основанной на измерениях, проводимых в ближнем поле // Гидроакустика, 2012. Вып. 13 (1). С. 33-41. Годзиашвили Г.Ю., Шмидт Э.Г. Применение метода ближнего поля для измерения параметров гидроакустических антенн характеристиками направленности специальной формы, Гидроакустика / Hydroacoustics, 2020, Вып. 43 (3). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7372774B1 (en) | System for detecting, tracking, and reconstructing signals in spectrally competitive environments | |
| CN109283511B (en) | Wide-coverage multi-beam receiving array calibration method | |
| US20050226099A1 (en) | Quantitative echo souner and method of quantitative sounding of fish | |
| US20060098534A1 (en) | Sound source location and quantification using arrays of vector probes | |
| RU2528556C1 (en) | Method of processing sonar echo signal | |
| CN112834023B (en) | Space radiation sound field obtaining method based on near field transformation | |
| JP6678554B2 (en) | Antenna measuring device | |
| Sun et al. | Array geometry calibration for underwater compact arrays | |
| CN114624660B (en) | Antenna transmitting direction diagram, antenna receiving direction diagram and beam direction diagram testing method | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| US2898589A (en) | Hemispherical acoustic phase compensator | |
| RU2305294C2 (en) | Method for direction finding with regard to correlation interaction between beams | |
| RU2817561C1 (en) | Method of measuring directivity characteristics of radiating hydroacoustic antenna | |
| US8743657B1 (en) | Resolution analysis using vector components of a scattered acoustic intensity field | |
| Park et al. | Dynamically reconfigurable direction-finding antenna array for unmanned arial systems | |
| RU2284043C1 (en) | Method for calibrating computerized interferometer systems on moveable platforms | |
| Li et al. | Calibration of multibeam echo sounder transducer array based on focused beamforming | |
| CA2774758A1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
| CN115015894A (en) | Online rapid test method for phase consistency of curved surface acoustic array hydrophone | |
| CN111965602B (en) | Phased array radar amplitude-phase consistency detection method and system | |
| RU2179730C1 (en) | Direction finder of sonar navigation system with ultrashort base | |
| CN110109180B (en) | Amplitude logarithm display method and system for azimuthal acoustic well cementation quality well logging | |
| KR101978186B1 (en) | Method for Arranging Array Sensors of Towed Synthetic Aperture Sonar to Gain Interferometric Data | |
| US11209571B1 (en) | System and method for the calibration of a hydrophone line array in a quasi-diffuse ambient sound field | |
| JP2002257921A (en) | Transponder calibration method |