Патент на изобретение №2308053

(54) СПОСОБ КАЛИБРОВКИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ С ПАРАМЕТРИЧЕСКИМИ ПРИЕМНЫМИ АНТЕННАМИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области гидроакустики. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного функционирования гидроакустического средства (ГАС), в состав которого входит параметрическая приемная антенна (ППА), для обнаружения и распознавания различных объектов. Способ заключается в том, что излучают высокочастотный сигнал накачки и принимают сигналы комбинационных частот сигнала накачки и полезного низкочастотного сигнала. В непосредственной близости от приемного элемента ППА с помощью калибровочного тонального излучателя формируют сигнал, сдвинутый по частоте относительно полезного сигнала на определенную величину. На выходе схемы обработки регистрируют полезный и сдвинутый по частоте сигналы и сравнивают их амплитуды. На основе анализа этих сигналов устанавливается наличие помехи и ее характер. При этом в качестве полезного сигнала используется сигнал от воздушного, надводного или подводного объектов. Дополнительно излучается перестраиваемый по частоте высокочастотный сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, который впоследствии принимается и анализируется. Сигнал накачки соответствует одному из резонансов приемного элемента ППА и близок к резонансной частоте доминирующих в области ППА рассеивателей звука. 5 ил.

Изобретение относится к области акустики, нелинейной гидроакустики в частности, и может быть использовано для определения уровня паразитной модуляции, обусловленной нелинейным взаимодействием сигналов в гидроакустических средствах (ГАС), в состав которых входят параметрические приемные антенны (ППА), а также для определения уровня полезной модуляции, обусловленной нелинейным взаимодействием высокочастотного (ВЧ) сигнала накачки с низкочастотным (НЧ) полезным сигналом в неоднородной среде непосредственно в процессе функционирования ППА с возможностью оперативно изменять уровни модуляций.

Технический результат предложенного способа заключается в обеспечении эффективного функционирования ГАС с ППА для обнаружения и распознавания различных объектов за счет постоянного контроля уровня паразитной модуляции в приемном тракте и (или) на приемном элементе ППА, а также уменьшения уровня паразитной модуляции и (или) оперативного увеличения уровня полезной модуляции путем изменения параметров ВЧ сигнала накачки (частота, форма, амплитуда и др.) в зависимости от изменения акустических характеристик (резонансная частота, сила слоя, пространственная протяженность и др.) рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом резонансных частот в амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) приемного элемента ППА.

Способ реализуется следующим образом.

Носитель ППА находится в неоднородной, содержащей приповерхностный пузырьковый слой (ППС), глубинный пузырьковый слой (ГПС) и донный пузырьковый слой (ДПС), среде. В районе присутствует воздушный объект (ВО), излучающий в неоднородную водную среду НЧ дискретные составляющие (ДС) на частоте _во, или (и) надводный объект (НО), излучающий НЧ ДС на частоте _но, или (и) подводный объект (ПО), излучающий НЧ ДС на частоте _по, – объекты поиска для ГАС с ППА.

В тракте с помощью перестраиваемого по частоте генератора ВЧ сигнала формируется, ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука. В усилителе данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя излучается в неоднородную среду. Рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука принимается приемным элементом ППА, усиливается в предварительном усилителе, фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре, детектируется в детекторе и усиливается в усилителе НЧ сигнала. Далее огибающая ВЧ сигнала через коммутатор поступает на спектроанализатор, в котором определяются его параметры, а с выхода последнего – в решающее устройство, в котором сравнивают принятый сигнал с эталонным сигналом. Таким образом осуществляется акустическая спектроскопия рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также оцениваются возможные параметры ВЧ сигнала накачки _н, с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента ППА.

В тракте с помощью генератора ВЧ сигнала накачки _н формируется ВЧ сигнал накачки _н. В усилителе мощности данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя излучается в неоднородную среду. Рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ сигнал накачки _н взаимодействует с НЧ полезным сигналом ( _во, _но или _по), при этом образуется ВЧ сигнал комбинационных частот _н± , который принимается приемным элементом ППА, усиливается в предварительном усилителе, фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре, центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки _н, детектируется в детекторе и усиливается в усилителе НЧ сигнала. Далее НЧ полезный сигнал Q через коммутатор поступает на спектроанализатор, в котором определяются его параметры, а с выхода последнего – в решающее устройство, в котором сравнивают принятый НЧ полезный сигнал с эталонным НЧ полезным сигналом. Таким образом осуществляется обнаружение и распознавание заданного объекта поиска.

В тракте с помощью генератора НЧ калибровочного сигнала формируется НЧ калибровочный сигнал – . В усилителе данный сигнал усиливают до необходимого уровня, а при помощи излучателя, установленного в непосредственной близости от приемного элемента и НЧ гидрофона, излучают в направлении приемного элемента НЧ калибровочный сигнал – . При этом уровень излучения НЧ калибровочного сигнала – устанавливают с помощью усилителя таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента, равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала . В усилителе НЧ полезный и НЧ калибровочный сигналы усиливают до необходимого уровня, а через коммутатор их подают на спектроанализатор и далее в решающее устройство. При этом если амплитуда ДС на частоте больше амплитуды ДС на частоте – , то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте носит акустический характер, а если амплитуда ДС на частоте равна амплитуде ДС на частоте – , то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте является собственной помехой работе ППА и принимают меры к устранению этого отрицательного фактора. Например, изменяют параметры ВЧ сигнала накачки _н с учетом изменяющихся во времени и в пространстве акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом фиксированных резонансов в АЧХ приемного элемента ППА.

При необходимости с выхода перестраиваемого генератора ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука, близкий по частоте и уровню к ВЧ сигналу накачки _н, подается на первый вход сумматора. На второй вход сумматора с выхода генератора подается НЧ калибровочный сигнал – . С выхода сумматора ВЧ сигнал на комбинационных частотах (исключительно электрического происхождения) ±( – ) подается на вход приемного тракта или отдельных его блоков, или даже отдельных элементов в соответствующем блоке. Далее процедура калибровки полностью, по аналогии со сквозной калибровкой, повторяется.

Известен способ измерения нелинейных искажений приемного тракта, заключающийся в количественной оценке амплитудной характеристики – зависимости выходного напряжения от входного. В этом случае определяют динамический диапазон, в пределах которого тракт является линейным. Визуальное наблюдение гармонического сигнала на экране осциллографа позволяет по виду кривой качественно оценить величину искажения сигнала. При этом заметными становятся искажения более 6-10% амплитуды сигнала [1].

К недостаткам данного способа относятся:

1. Низкая точность способа.

2. Невозможность использования для калибровки ППА и др.

Известен способ калибровки ППА, заключающийся в том, что излучатели ВЧ сигнала накачки и полезного сигнала размещаются в диаметрально противоположных направлениях на одинаковых расстояниях от приемного элемента ППА, электрически соединенного с приемным трактом ГАС. При этом ВЧ сигнал накачки и полезный сигнал излучаются импульсно так, чтобы озвученные области пространства перекрывались в области взаимодействия данных сигналов. В дальнейшем, для различных уровней звукового давления ВЧ сигнала накачки и НЧ полезного сигнала определяется, путем изменения уровня излучения, амплитуда комбинационных составляющих и принимается за пороговую при производстве работ с ППА [2].

К недостаткам данного способа относятся следующие:

1. Возможность калибровки ППА только при приеме ВЧ полезного сигнала.

2. Низкая точность калибровки.

3. Невозможность определять место паразитной модуляции.

4. Невозможность определять уровень полезной модуляции.

5. Невозможность калибровки в процессе функционирования ППА и др.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, калибровки ГАС с ППА, заключающийся в излучении ВЧ сигнала накачки _н и НЧ полезного сигнала , приеме ВЧ сигналов комбинационных частот _н± , выделении собственной помехи, обусловленной взаимодействием ВЧ сигнала накачки _н и НЧ полезного сигнала в приемном тракте ГАС с ППА, при этом ВЧ сигнал накачки _н излучается в непосредственной близости от приемного элемента ППА, ВЧ сигнал накачки _н и НЧ полезный сигнал излучаются непрерывно и последний является тональным, в непосредственной близости от приемного элемента ППА излучают НЧ калибровочный сигнал – , где величину устанавливают такой, чтобы разность _н– – укладывалась в пределах резонансной кривой приемного элемента ППА с учетом того, что ВЧ сигнал накачки _н соответствует резонансу, уровень излучения НЧ калибровочного сигнала – , устанавливают таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента ППА, равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала , при этом уровень звукового давления калибровочного НЧ сигнала с частотой – , и НЧ полезного сигнала с частотой контролируют с помощью измерительного гидрофона, совмещенного с приемным элементом ППА, на выходе приемного тракта ГАС регистрируют сигналы на частотах и – , сравнивают амплитуды ДС сигнала на частоте и сигнала на частоте – и, если амплитуда ДС сигнала на частоте больше амплитуды ДС на частоте – , принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте носит акустический характер, а если амплитуда ДС сигнала на частоте равна амплитуде ДС сигнала на частоте – , принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте является собственной помехой ППА [3].

Основными недостатками способа-прототипа являются:

1. Недостаточная точность определения уровня паразитной модуляции, т.к. калибровка ППА была проведена в других условиях и не учитываются изменяющееся параметры среды.

2. Невозможность определять место паразитной модуляции (приемный элемент ППА или электронные блоки приемного тракта ГАС).

3. Невозможность определять уровень полезной модуляции.

4. Невозможность оперативно увеличивать уровень полезной модуляции.

5. Невозможность оперативно уменьшить уровень паразитной модуляции.

6. Невозможность калибровки в процессе функционирования ППА и др.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанного выше недостатка.

Технический результат предложенного способа заключается в обеспечении эффективного функционирования ГАС с ППА для обнаружения и распознавания различных объектов за счет постоянного контроля уровня паразитной модуляции в приемном тракте и (или) на приемном элементе ППА, а также уменьшения уровня паразитной модуляции и (или) оперативного увеличения уровня полезной модуляции путем изменения параметров ВЧ сигнала накачки в зависимости от изменения акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента ППА.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе калибровки ГАС с ППА, заключающемся в излучении ВЧ сигнала накачки _н и НЧ полезного сигнала , приеме ВЧ сигналов комбинационных частот ± , выделении методом детектирования собственной помехи, обусловленной взаимодействием ВЧ сигнала накачки _н и НЧ полезного сигнала в приемном тракте ГАС с ППА, при этом ВЧ сигнал накачки _н и НЧ полезный сигнал излучаются непрерывно и последний является тональным, в непосредственной близости от приемного элемента ППА излучают НЧ калибровочный сигнал – , где величину устанавливают такой, чтобы разность _н– – укладывалась в пределах резонансной кривой приемного элемента ППА с учетом того, что ВЧ сигнал накачки _н соответствует резонансу, уровень излучения НЧ калибровочного сигнала – устанавливают таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента ППА, равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала , при этом контролируют уровень звукового давления НЧ калибровочного сигнала – и НЧ полезного сигнала , на выходе приемного тракта ГАС регистрируют сигналы на частотах и – , сравнивают амплитуды ДС и – и, если амплитуда ДС на частоте больше амплитуды ДС на частоте – , принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте носит акустический характер, а если амплитуда ДС на частоте равна амплитуде ДС на частоте – , принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте является собственной помехой ППА, в качестве НЧ полезного сигнала используется сигнал от ВО, НО или ПО, имеющий в своем спектре НЧ ДС, приемный элемент ППА имеет несколько резонансных частот, ВЧ сигнал накачки соответствует одному из резонансов приемного элемента и близок к резонансной частоте доминирующих рассеивателей звука, ВЧ сигнал накачки изменяется по уровню и частоте в рабочем диапазоне, дополнительно излучается перестраиваемый по частоте ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, дополнительно принимается рассеянный на неоднородностях среды ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука и анализируется на предмет количественной оценки уровня реверберации и ширины спектра реверберации, дополнительно экранируются от корпуса и между собой излучатель ВЧ сигнала накачки и приемный элемент, дополнительно НЧ калибровочный сигнал последовательно подается на вход каждого электронного блока приемного тракта ГАС с ППА.

На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, с помощью которой реализуется разработанный способ калибровки ГАС с ППА.

На фиг.2 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ калибровки ГАС с ППА.

Устройство содержит носитель (1) ППА (2), включающую в себя несущую конструкцию (3) излучатель (4) ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука, излучатель (5) ВЧ сигнала накачки, приемный элемент (6), НЧ гидрофон (7), излучатель (8) НЧ калибровочного сигнала, при этом излучатель (5) ВЧ сигнала накачки и приемный элемент (6) отделены друг от друга и носителя (1) специальным гидроакустическим экраном (9); тракт (10) излучения ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука, включающий в себя последовательно электрически соединенные перестраиваемый генератор (11) ВЧ сигнала и усилитель (12) ВЧ сигнала; тракт (13) излучения ВЧ сигнала накачки _н, включающий в себя последовательно электрически соединенные генератор (14) ВЧ сигнала накачки и усилитель (15) мощности; приемный тракт (16), включающий в себя последовательно электрически соединенные предварительный усилитель (17) ВЧ сигнала, перестраиваемый полосовой фильтр (18), детектор (19) с большим динамическим диапазоном и усилитель (20) НЧ сигнала; тракт (21) излучения НЧ калибровочного сигнала, включающий в себя последовательно электрически соединенные генератор (22) и усилитель (23) НЧ калибровочного сигнала.

Устройство также содержит усилитель (24) полезного НЧ сигнала и НЧ калибровочного сигналов, коммутатор (25), спектроанализатор (26), решающее устройство (27) и сумматор (28), на первый вход которого подается НЧ калибровочный сигнал с генератора НЧ калибровочного сигнала, а на второй вход которого подается ВЧ сигнал с перестраиваемого генератора ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука.

На фиг.3 представлены типовые спектрограммы сигналов, регистрируемые на выходе усилителя (24) НЧ полезного и НЧ калибровочного сигналов (фиг.3а), на выходе усилителя (20) приемного тракта (16) при равенстве уровней полезной и паразитной модуляций – равенстве амплитуд ДС НЧ сигнала на частоте и – соответственно (фиг.3б), а также в случае преобладания уровня полезной модуляции над уровнем паразитной модуляции у разработанного способа (фиг.3в) и способа-прототипа (фиг.3г).

На фиг.4а и фиг.4в иллюстрируются вертикальные распределения скорости звука (С, м/с) с глубиной (H) в неоднородной морской среде, а также соответствующие им осциллограммы ВЧ сигнала 28 кГц, излученные в импульсном режиме с поверхности моря в сторону дна. Как видно из фиг.4б,г, в данном географическом районе, но в разное время суток имеются ППС, а также один ГПС – с осью на глубине ˜160 м (фиг.4а,б) и несколько ГПС – в толще воды на горизонте ˜130-180 м (фиг.4в,г).

На фиг.4д представлена, также для примера, экспериментально полученная зависимость параметра нелинейности водной среды – важнейшего интегрального показателя эффективности различных нелинейных эффектов от частоты f и горизонта z расположения акустической системы «излучатель-приемник» [4]. Как видно из фиг.4д резонансная частота ППС составляет величину ˜35 кГц, при этом значение параметра нелинейности ˜ на 2 порядка превышает аналогичную величину (˜3) для отстоявшейся (не содержащей пузырьки воздуха) воды.

Устройство функционирует следующим образом (фиг.1-4).

Носитель (1) с ППА (2) находится в неоднородной, содержащей приповерхностный пузырьковый слой (ППС) – обусловленный перемешиванием верхнего слоя воды под воздействием ветрового волнения, глубинный пузырьковый слой (ГПС) – обусловленный жизнедеятельностью биологических объектов, и донный пузырьковый слой (ДПС) – обусловленный физико-химическими процессами в донном слое осадков и жизнедеятельностью придонных биологических объектов, среде. В районе нахождения носителя (1) ППА (2) присутствует ВО, излучающий НЧ ДС на частоте _во, или НО, излучающий НЧ ДС на частоте _но, или ПО, излучающий НЧ ДС на частоте _по, – объекты поиска для ППА (2).

В тракте (10) с помощью перестраиваемого по частоте генератора (11) ВЧ сигнала формируется, исходя из предварительной информации о рассеивателях звука, доминирующей в географическом районе в данном сезоне и в конкретное время суток, хранящейся в решающем устройстве (27), ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука. В усилителе (12) данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя (4) излучается в неоднородную среду, содержащую ППС, ГПС и ДПС.

Рассеиваясь на неоднородностях водной среды (ППС, ГПС, ДПС), ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука принимается приемным элементом (6) ППА (2), усиливается в предварительном усилителе (17), фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре (18), центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала , детектируется (выделяется огибающая ВЧ сигнала ) в детекторе (19), обладающем большим (не менее 100-120 дБ) динамическим диапазоном, и усиливается в усилителе (20) НЧ сигнала. Далее огибающая ВЧ сигнала (НЧ сигнал) через коммутатор (24) поступает на спектроанализатор (26), в котором определяются его параметры (ширина спектра реверберации, уровень реверберации и др.), а с выхода последнего – в решающее устройство (27), в котором сравнивают принятый сигнал с эталонным сигналом (обладающим определенным уровнем и шириной спектра реверберации при данной частоте, форме сигнала и его амплитуде). Таким образом осуществляется акустическая спектроскопия рассеивателей звука, доминирующих в области ППА (2), а также оцениваются возможные параметры (частота, амплитуда сигнала и др.) с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента (6) ППА (2).

В тракте (13) с помощью генератора (14) ВЧ сигнала накачки _н формируется, исходя из полученной ранее информации об акустических характеристиках (резонансная частота, сила слоя и др.) рассеивателей звука, доминирующих в области ППА (2), а также с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента (6), ВЧ сигнал накачки _н. В усилителе мощности (15) данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя (5) излучается в неоднородную среду, содержащую ППС, ГПС и ДПС.

Рассеиваясь на неоднородностях водной среды (ППС, ГПС, ДПС), ВЧ сигнал накачки _н взаимодействует с НЧ полезным сигналом ( _во, _но или _по), при этом образуется ВЧ сигнал комбинационных частот _н± , который принимается приемным элементом (6) ППА (2), усиливается в предварительном усилителе (17), фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре (18), центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки _н, детектируется (выделяется огибающая ВЧ сигнала накачки _н) в детекторе (19), обладающем большим (не менее 100-120 дБ) динамическим диапазоном и усиливается в усилителе (20) НЧ сигнала. Далее НЧ полезный сигнал через коммутатор (24) поступает на спектроанализатор (26), в котором определяются его параметры (количество и частоты ДС, уровень ДС и др.), а с выхода последнего – в решающее устройство (27), в котором сравнивают принятый НЧ сигнал с эталонным НЧ сигналом (обладающим определенным набором ДС, полосой частот и др.). Таким образом осуществляется обнаружение и распознавание заданного объекта поиска – ВО, НО, или ПО.

При определенных условиях (неправильно учитываются акустические характеристики рассеивателей звука, неправильно выбраны параметры ВЧ, ВЧ сигнал накачки _н и т.д.) ВЧ сигнал накачки _н может взаимодействовать с НЧ полезным сигналом , на приемном элементе (6) или (и) в электронных блоках приемного тракта (16) – паразитная модуляция. При этом также (как и в случае полезной модуляции) образуется ВЧ сигнал комбинационных частот _н± , который может полностью замаскировать по амплитуде и частоте ВЧ сигнал комбинационных частот _н± , образованных в результате нелинейного взаимодействия в неоднородной среде ВЧ сигнала накачки _н и НЧ полезного сигнала .

Для исключения этой ситуации (или минимизации ее отрицательного эффекта) в тракте (21) с помощью генератора (22) НЧ калибровочного сигнала формируется, исходя из полученной ранее информации о параметрах НЧ полезного сигнала (частота ДС, уровень ДС и др.), НЧ калибровочный сигнал – , где величину устанавливают такой, чтобы разность _н– – укладывалась в пределах одного из резонансов в АЧХ приемного элемента (6) с учетом того, что ВЧ сигнал накачки _н соответствует этому резонансу. В усилителе (23) данный сигнал усиливают до необходимого уровня, а при помощи излучателя (8), установленного в непосредственной близости от приемного элемента (6) и НЧ гидрофона (7), излучают в направлении приемного элемента (6) НЧ калибровочный сигнал – . При этом уровень излучения НЧ калибровочного сигнала – устанавливают с помощью усилителя (23) таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента (6), равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала . Это достигается за счет того, что с помощью НЧ гидрофона (7) принимают НЧ полезный сигнал , пришедший с большого (сотни метров – десятки км) расстояния, и НЧ калибровочный сигнал – , пришедший с незначительного (меньше 1 м) расстояния. В усилителе (24) НЧ полезный и НЧ калибровочный сигналы усиливают до необходимого уровня, а через коммутатор (25) их подают на спектроанализатор (26) и далее в решающее устройство.

Как уже отмечалось ранее, при определенных условиях ВЧ сигнал накачки _н взаимодействует (на приемном элементе или в электронных блоках приемного тракта – паразитная модуляция) с НЧ калибровочным сигналом – . При этом также (как и в случае полезной модуляции) образуется ВЧ сигнал комбинационных частот _н±( – ), который принимается приемным элементом (6), усиливается в предварительном усилителе (17), фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре (18), центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки _н, детектируется в детекторе (19) и усиливается в усилителе (20) НЧ сигнала. Далее НЧ калибровочный сигнал – через коммутатор (24) поступает на спектроанализатор (26), в котором определяются его параметры, а с выхода последнего – в решающее устройство (27), в котором сравнивают принятый НЧ калибровочный сигнал с НЧ полезным сигналом . При этом если амплитуда ДС на частоте больше амплитуды ДС на частоте – , то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте носит акустический характер, а если амплитуда ДС на частоте равна амплитуде ДС на частоте – , то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте является собственной помехой работе ППА (2) и принимают меры к устранению этого отрицательного фактора. Например, изменяют параметры (частота, форма сигнала, его амплитуда и др.) с учетом изменяющихся во времени и в пространстве акустических характеристик рассеивателей звука (особенно ГПС и ДПС), доминирующих в области ППА (2), а также с учетом фиксированных резонансов в АЧХ приемного элемента (6) ППА (2).

При этом очень важно знать место формирования паразитной модуляции: приемный элемент (6) или (и) электронные блоки (и даже отдельные электронные элементы) приемного тракта. Для этого используется отдельная, а не сквозная (с приемным элементом) калибровка приемного тракта (16). В этом случае с выхода перестраиваемого генератора (11) ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука, близкий по частоте и уровню (с точки зрения входных напряжений) к ВЧ сигналу накачки _н, подается на первый вход сумматора (28). На второй вход сумматора (28) с выхода генератора (22) подается НЧ калибровочный сигнал – . С выхода сумматора (28) ВЧ сигнал на комбинационных частотах (исключительно электрического происхождения) ±( – ) подается на вход приемного тракта (16) или отдельных его блоков (17-20), или даже отдельных элементов в соответствующем блоке. Далее процедура калибровки полностью, по аналогии со сквозной калибровкой, повторяется.

Повышение точности калибровки ППА достигается за счет того, что она проводится в тех же гидролого-акустических и помехо-сигнальных условиях, в которых функционирует и ГАС с ППА и др.

Возможность определения места паразитной модуляции достигается за счет того, что дополнительно используется отдельная калибровка приемного тракта, при которой ВЧ сигнал на комбинационных частотах электрического происхождения ±( – ) подается на вход приемного тракта (отдельных его блоков или даже отдельных элементов в соответствующем блоке и др.)

Возможность определения уровня полезной модуляции достигается за счет того, что:

– дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;

– в реальном масштабе времени определяется уровень паразитной модуляции;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Возможность оперативно увеличивать уровень полезной модуляции достигается за счет того, что:

– дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;

– в реальном масштабе времени определяется уровень паразитной модуляции;

– в АЧХ приемного элемента имеется несколько резонансов;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Возможность оперативно уменьшать уровень паразитной модуляции достигается за счет того, что:

– в АЧХ приемного элемента имеется несколько резонансов;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Возможность калибровки в процессе функционирования ППА достигается за счет того, что:

– в качестве НЧ полезного сигнала используются НЧ полезные сигналы от реальных источников (ВО, НО и ПО);

– дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;

– в реальном масштабе времени определяется уровень паразитной модуляции;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Отличительными признаками заявляемого способа являются:

1. В качестве НЧ полезного сигнала используется сигнал от ВО, НО или ПО, имеющий в своем спектре НЧ ДС.

2. Приемный элемент ППА имеет в АЧХ несколько резонансных частот.

3. ВЧ сигнал накачки соответствует одному из резонансов в АЧХ приемного элемента ППА и близок к резонансной частоте доминирующих в области ППА рассеивателей звука.

4. ВЧ сигнал накачки изменяется по уровню и частоте.

5. Дополнительно излучается перестраиваемый по частоте ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука.

6. Дополнительно принимается ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука и анализируется на предмет количественной оценки уровня реверберации и ширины спектра реверберации.

7. Дополнительно экранируются от корпуса и между собой излучатель ВЧ сигнала накачки и приемный элемент ППА.

8. Дополнительно НЧ калибровочный сигнал подается на вход каждого электронного блока приемного тракта ГАС или даже отдельного элемента внутри заданного электронного блока. Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию “новизна”.

Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.

Признаки 2, 4-6 являются новыми.

Признаки 3 и 8 являются новыми, и неизвестно их использование для калибровки ГАС с ППА. В то же время известно использование признака 3 в нелинейной акустике, а признака 8 в радиотехнике.

Признаки 1 и 7 являются хорошо известными в акустике и радиотехнике.

Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с хорошо известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений – обеспечивать эффективное функционирование ГАС с ППА за счет постоянного контроля уровня паразитной модуляции в приемном тракте и (или) на приемном элементе ППА, а также уменьшения уровня паразитной модуляции и (или) оперативного увеличения уровня полезной модуляции путем изменения параметров ВЧ сигнала накачки в зависимости от изменения акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента ППА.

В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту. Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию “существенные отличия”.

Пример реализации разработанного способа калибровки ГАС с ППА.

На фиг.5а представлены типовые спектры уровней реверберации (огибающая принятого ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука), зарегистрированные на выходе приемного тракта ГАС с ППА в случае преобладания полезной модуляции над паразитной (индекс I) и в случае равенства уровней полезной и паразитной модуляции (индекс II). Как видно из фиг.5а, если ширина спектра реверберации составляет величину от 110 до 500 Гц (для данной частоты ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука), то однозначно преобладает полезная модуляция, если ширина спектра реверберации составляет величину менее 70 Гц, то однозначно преобладает паразитная модуляция. Участок спектра от 70 Гц до 110 Гц для данной частоты ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей не позволяет сделать однозначный вывод о природе модуляции и является областью неопределенности, которая устраняется в дальнейшем набором представительного статистического материала. То же самое относится и к уровню реверберации: менее 7 дБ над уровнем фона – однозначное преобладание паразитной модуляции, 7-10 дБ над уровнем фона – область неопределенности и выше 10 дБ над уровнем фона – однозначное преобладание полезной модуляции [5].

На фиг.5б представлены графические зависимости коэффициента помехоустойчивости ППА æ (в разах) – выигрыш в соотношении сигнал/помеха на входе ППА по сравнению с аналогичным параметром для линейной антенны, обладающей такими же волновыми размерами для двух указанных ранее граничных частот 70 Гц и 110 Гц. Таким образом, эффективное применение ППА в составе ГАС для обнаружения и распознавания объекта поиска однозначно возможно в том случае, если уровень спектральною максимума (огибающей) данного ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука будет выше 0,24 mV [5]. Другими словами, обладая информацией, представленной на фиг.5, можно оперативно контролировать уровни полезной и паразитной модуляций, а также в реальном масштабе времени принимать меры для их изменения (увеличивать полезную модуляцию и уменьшать паразитную модуляцию).

Таким образом:

1. Повышение точности калибровки ППА достигнуто за счет того, что она проводится в тех же гидролого-акустических и помехо-сигнальных условиях, в которых функционирует и ГАС с ППА и др.

2. Возможность определения места паразитной модуляции достигнута за счет того, что дополнительно используется отдельная калибровка приемного тракта, при которой ВЧ сигнал на комбинационных частотах электрического происхождения ±( – ) подается на вход приемного тракта (отдельных его блоков или даже отдельных элементов в соответствующем блоке и др.).

3. Возможность определения уровня полезной модуляции достигнута за счет того, что:

– дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;

– в реальном масштабе времени определялся уровень паразитной модуляции;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

4. Возможность оперативно увеличивать уровень полезной модуляции достигнута за счет того, что:

– дополнительно производилась предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;

– в реальном масштабе времени определялся уровень паразитной модуляции;

– в АЧХ приемного элемента имелось несколько резонансов;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Возможность оперативно уменьшать уровень паразитной модуляции достигнута за счет того, что:

– в АЧХ приемного элемента имелось несколько резонансов;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Возможность калибровки в процессе функционирования ППА достигнута за счет того, что:

– в качестве НЧ полезного сигнала использовались НЧ полезные сигналы от реальных источников (ВО, НО и ПО);

– дополнительно производилась предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;

– в реальном масштабе времени определялся уровень паразитной модуляции;

– параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.

Литература:

1. Колесников А.Е. Акустические измерения. – Л.: Судостроение, 1982, с.143-145.

2. Митько Б.Б. и др. Гидроакустические средства связи и наблюдения. – Л.: Судостроение, 1982, с.105-107.

3. Патент РФ №2066461 по заявке №4531932/11 от 06.06.1990.

4. Буланов В.А. Акустика микронеоднородных жидкостей и методы акустической спектроскопии рассеивателей звука. – Диссертация д.ф. – м.н. – Вл-к.: ИПМТ ДВО РАН, 1996, с.358-391.

5. Бахарев С.А. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. Отчет о НИР «Акватория». – Минрыбхоз. – Владивосток.: – Дальрыбвтуз, 1998, 167 с.

Формула изобретения

Способ калибровки гидроакустических средств с параметрическими приемными антеннами, заключающийся в излучении высокочастотного сигнала накачки _н и низкочастотного полезного сигнала , приеме высокочастотных сигналов комбинационных частот _н± , выделении методом детектирования собственной помехи, обусловленной взаимодействием высокочастотного сигнала накачки _н и низкочастотного полезного сигнала в приемном тракте гидроакустического средства с параметрической приемной антенны, при этом высокочастотный сигнал накачки _н и низкочастотный полезный сигнал излучаются непрерывно и последний является тональным, в непосредственной близости от приемного элемента приемной параметрической антенны излучают низкочастотный калибровочный сигнал – , где величину устанавливают такой, чтобы разность _н– – укладывалась в пределах резонансной кривой приемного элемента приемной параметрической антенны с учетом того, что высокочастотный сигнал накачки _н соответствует резонансу, уровень излучения низкочастотного калибровочного сигнала – устанавливают таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента параметрической приемной антенны, равное звуковому давлению низкочастотного полезного сигнала , при этом контролируют уровень звукового давления низкочастотного калибровочного сигнала – и низкочастотного полезного сигнала , на выходе приемного тракта гидроакустического средства регистрируют сигналы на частотах и – , сравнивают амплитуды дискретных составляющих и – , и, если амплитуда дискретной составляющей на частоте больше амплитуды дискретной составляющей на частоте – , принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте носит акустический характер, а если амплитуда дискретной составляющей на частоте равна амплитуде дискретной составляющей на частоте – , принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте является собственной помехой параметрической приемной антенны, отличающийся тем, что в качестве низкочастотного полезного сигнала используется сигнал от воздушного, надводного или подводного объекта, имеющий в своем спектре низкочастотную дискретную составляющую, приемный элемент имеет несколько резонансных частот, высокочастотный сигнал накачки соответствует одному из резонансов приемного элемента и близок к резонансной частоте доминирующих рассеивателей звука, высокочастотный сигнал накачки изменяется по уровню и частоте в рабочем диапазоне, дополнительно излучается перестраиваемый по частоте высокочастотный сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука, доминирующих в области параметрической приемной антенны, дополнительно принимается рассеянный на неоднородностях среды высокочастотный сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука и анализируется, на предмет количественной оценки уровня реверберации и ширины спектра реверберации, дополнительно, экранируются от корпуса и между собой излучатель высокочастотного сигнала накачки и приемный элемент, дополнительно низкочастотный калибровочный сигнал последовательно подается на вход каждого электронного блока приемного тракта гидроакустического средства с параметрической приемной антенной.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 13.01.2008

Извещение опубликовано: 10.04.2009 БИ: 10/2009