Научная статья на тему 'Параметрическая локационная система ближнего действия для обеспечения подледного плавания автономных подводных аппаратов'

Параметрическая локационная система ближнего действия для обеспечения подледного плавания автономных подводных аппаратов Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

CC BY
381
82
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ АНТЕННА / КЛАССИФИКАЦИЯ ГРАНИЦ РАЗДЕЛА / АМПЛИТУДНЫЕ / ФАЗОВЫЕ И ЧАСТОТНЫЕ ПРИЗНАКИ ЭХОСИГНАЛОВ КРАТНЫХ ЧАСТОТ / PARAMETRIC ANTENNA / CLASSIFICATION OF INTERFACES / AMPLITUDE / PHASE AND FREQUENCY SIGNS OF THE ECHO-SIGNALS OF THE MULTIPLE FREQUENCIES

Аннотация научной статьи по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям, автор научной работы — Волощенко В. Ю.

Рассмотрены структурные схемы эхоимпульсных локаторов с параметрической излучающей антенной, в которых для обнаружения, распознавания и классификации границ раздела используются амплитудные, фазовые и частотные признаки эхосигналов как исходных, так и формирующихся в водной среде комбинационных частот. Данные устройства могут быть применены для определения толщины льда над автономным аппаратом, обнаружения полыней и разводий во льдах, пригодных для всплытия на поверхность.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по электротехнике, электронной технике, информационным технологиям , автор научной работы — Волощенко В. Ю.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Short-range parametric location system for autonomous underwater vehicles underice functioning

The impulse parametric sonars structural schemes for the interfaces detection, recognition and classification by amplitude, phase and frequency features of several echo signals at primary pump, sum and difference frequencies, and second harmonic components are considered. Safety navigation supplying for autonomous underwater vessel under the ice cover, ice thickness gauging above the vessel, the patches of ice-free water detection in icefields, which is suitable for emersion etc by means of these equipment are suggested.

Текст научной работы на тему «Параметрическая локационная система ближнего действия для обеспечения подледного плавания автономных подводных аппаратов»

15. Лобач В.Т. Радиолокационные измерения параметров слоистой среды. Изв. вузов. Радиоэлектроника. Военные радиоэлектронные технологии. Тем. выпуск. Т. 45. - №3. 2002. - С. 71-77.

16. Лобач В.Т. и др. Подповерхностная радиолокация в декаметровом радиодиапазоне. Труды международной научной конференции «Излучение и рассеяние электромагнитных

». , 2007.

УДК 534.222.2

В.Ю. Волощенко ПАРАМЕТРИЧЕСКАЯ ЛОКАЦИОННАЯ СИСТЕМА БЛИЖНЕГО ДЕЙСТВИЯ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДЛЕДНОГО ПЛАВАНИЯ АВТОНОМНЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

В настоящее время задачи исследования и освоения обширных площадей мелководного Арктического шельфа России могут быть решены при использовании автономных подводных плавательных аппаратов, оснащенных специализиро-

( ), -

рых должно обеспечивать уклонение от столкновения с айсбергами и дном при движении в темное время года, под сплошным ледяным покровом в каналах, проливах между островами, а также возможность точного измерения толщины ледового покрова и обнаружения во льдах полыней и разводий, в связи с чем подводное гидроакустическое наблюдение ведется в трех направлениях - вперед, вниз и вверх. В [1] рассмотрено общее подледное гидролокационное оборудование автономных плавательных аппаратов типа «Стерджен», включающее себя 10 устройств активной локации: вертикальный обзор вверх обеспечивают семь гидролокаторов-эхоледомеров, три из которых сосредоточены в кормовой, один - в средней, один -в носовой частях главной палубы корпуса, два - на рубке, один из которых - высокочастотный узколучевой профилограф-эхоледомер используется для точного измерения расстояния от верха рубки до ближайшей границы льда, а также его толщины при движении; передний обзор - обнаружитель айсбергов, который непрерывно сканирует пространство впереди лодки в поисках айсбергов или глубоких ; - , носовой и кормовой частях лодки. Данный пример наглядно демонстрирует важность получения в реальном масштабе времени достоверной информации о точном профиле нижней кромки льда и его толщине вдоль всего корпуса лодки с помощью гидроакустических средств обеспечения ближнего подводного наблюдения - гид-ролокаторов-эхоледомеров.

Известно, что более 70% бассейна Арктики занимают паковые льды, имеющие среднюю толщину: зимой (3-4) м, летом (0,5-1,5) м и среднеквадратичное отклонение крупномасштабных неровностей до 3 м на нижней кромке, осадка торосов может достигать (7-8) м, а отдельных выступов - (16-20) м. Под влиянием ветров и течений арктические льды находятся в постоянном движении, а ледовые поля изобилуют многочисленными трещинами, каналами и полыньями [2]. Практика использования одночастотных эхоледомеров показала, что в данных условиях по записям рельефа границ раздела на регистраторах часто бывает трудно классифицировать характер поверхности, а точность измерения осадки и толщины льда

. -ложено в эхоледомерах использовать две частоты излучения - высокую и низкую,

что позволяет на низкой частоте получать рассеянный сигнал от границы раздела « - », - « - », рельеф нижней границы ледяного покрова, причем при синхронном излучении обоих сигналов может быть измерена толщина ледяного покрова [3]. Однако такой двухчастотный эхоледомер имеет недостатки: 1) требует двух акустических ан, - - ; 2) -пользуемые в эхоледомере «линейные» интерференционные антенны обладают протяженной ближней зоной дифракции Френеля и существенными по величине дополнительными максимумами диаграмм направленности, как в приеме, так и в ,

угловых координат деталей рельефа; 3) проблема достоверной классификации ха-

« - », « - » .

Описанный выше характер нижней кромки ледовых полей обусловливает необходимость применения многочастотной локационной аппаратуры, гидроакустические антенны которой способны формировать излучение с узким основным лепестком и без бокового поля. Эффективность использования ЛС БД в условиях сложной помеховой обстановки может быть существенно повышена при использо-

( ), -налов разностной частоты (СРЧ) с малым уровнем бокового поля при небольших габаритах электроакустического преобразователя сигналов накачки с частотами /ь/2. Однако практическое использование для решения рассматриваемых задач существующих нелинейных параметрических приборов (НПП) в традиционном режиме имеет некоторые ограничения [4]. Между тем при работе ПА наряду с генерацией СРЧ в водной среде формируются высокочастотные спектральные компоненты - сигнал суммарной частоты (ССЧ) /+ = /2 + /1, вторые гармоники сигналов накачки 2/ь 2/2, акустические поля которых обладают следующими ха:

1) -

: , длины ближней зоны дифракции Френеля для преобразователя накачки, амплитуды звуковых давлений формирующихся акустических сигналов достигают макси, 20% , убывания данных сигналов можно считать близким к сферическому;

2) -лов вторых гармоник определяются поперечными распределениями амплитуд сигналов накачки в акустическом пучке, возведенными во вторую степень, а для сигнала суммарной частоты - произведением угловых распределений амплитуд сиг, -стические пучки с ослабленным боковым полем и повышенной (в 1,5 - 2 раза) остротой главных максимумов по сравнению с аналогичными характеристиками преобразователя накачки на исходных частотах и на СРЧ;

3) - -

ществлен как с помощью исходного преобразователя накачки ПА, включенного через коммутатор приема-передачи, так и с помощью отдельного приемного мало,

спектра - /+ = /2 + /1,2/1, 2/2, кратность частот и фазовая связь (/ь2/1 и /2,2 /2) при соответствующей обработке в приемных трактах локационных устройств могут обеспечить получение нового объема данных о ближней подводной

, , полыньи для всплытия.

Рассмотрим технические решения [4-6] по модернизации существующих нели-

( ), -, -ответствующей обработки эхосигналов высокочастотных компонент спектра ПА.

На рис. 1 показана структурная схема параметрического эхоимпульсного локатора, на рис. 2 - эпюры напряжений в различных точках канала обработки фазовых характеристик эхосигналов ВЧ приемного тракта параметрического эхоимпульсного локатора [5].

Работа параметрического эхоимпульсного локатора происходит следующим образом. Генераторы 1 и 2 (рис. 1) вырабатывают высокочастотные гармонические сигналы и\,и2 с частотами /ъ/2, поступающие на два входа хронизатора-3,

управления 39, в результате чего на выходе хронизатора-модулятора получаем радиоимпульс и 3 с бигармоническим ВЧ-заполнением. Данный радиоимпульс после усилителя мощности 4 поступает на электроакустический преобразователь на-5 ( ), -

ки в водную среду, обладающую нелинейностью своих упругих характеристик. При этом происходит нелинейное взаимодействие сигналов накачки с частотами /1 = ^^2п, /2 = 02/2п в канале распространения, результатом которых является генерация в водной среде акустических сигналов как разностной F = /2 - /1, так и суммарной /+= /2 + /1 частот, вторых гармоник 2/1,2/2 волн накачки. Полигармонический зондирующий сигнал, содержащий спектральные составляющие с частотами /1, /2, /+= / + /1, F = /2 - /ь2/ь2/2, распространяется в среде лоцирования, имеющей акустическое сопротивление (2СР = рсрсср), где рср - плотность среды, с - скорость звука в ней, достигает расположенных в среде подвижных и покоящихся относительно нее объектов с акустическим сопротивлением (2об = робС0б) Ф (2СР) и отражается от них. Амплитуды отраженных , , -ствами, которые определяются формой объектов, ракурсом облучения, волновыми размерами. Если акустическое сопротивление объекта 2ОБ больше акустического сопротивления среды 2СР , то отраженные волны имеют ту же фазу, что и падающие, если же 2об < 2СР, то при отражении они изменяют фазу на П радиан, , -ной скоростью Ьр приведет к изменению частот отраженных акустических колебаний всех волновых процессов - доплеровским сдвигам частот (± /в (/1)),

( ± /0 (2/ 1)Х ( ± /Ъ(/2)Х ( ± /Ъ(2/2)Х (± /Ъ(/+)Х ( ± /В{F)), где (+) И (-) СООТветствуют приближению или удалению объекта. Отраженные спектральные компоненты полигармонического сигнала достигают приемных преобразователей 6 и 11 ( и 4), причем все отраженные составляющие полигармонического сигнала несут

, -цирования и границах раздела, позволяют судить об их отражательной способно-

сти, акустическом сопротивлении и характеристиках движения, а также о их удалении от приемно-излучающей системы 5, 6, 11.

Рис. 1. Структурная схема параметрического эхоштульсного локатора

На выходе канала обработки амплитудных характеристик эхосигналов

НЧ приемного тракта после фильтрации (полосовой фильтр 7), усиления (усили-8) ( 9)

сигнал и5, соответствующий эхосигналам разностной частоты F = /2 - /1 от облучаемых границ раздела и объектов, который подается на второй вход индика-10, -затора-модулятора 3.

На выходе канала обработки амплитудных характеристик эхосигналов

ВЧ приемного тракта после фильтрации (полосовые фильтры 12, 13, 14), усиления (усилители 15, 16, 17), детектирования (детекторы 18,19,20) и перемножения (21)

и6 ( 2 /1 ), и7 ( /+ ), и8 (2 /2 ) -

ем результирующее напряжение и9 = и6Xи7Xи8, соответствующее эхосигналам для высокочастотного излучения от облучаемых границ раздела, которое подается на третий вход индикатора 10. Уровни каждого из электрических сигналов и6, и7, и8 определяются амплитудной характеристикой направленности

Ж 2/1(0), Ж + (0), Ж 2/2 0) И чувствительностью Y2/1, Y+ , Y2/2 в режиме приема преобразователя 11 для каждой из рассеянных объектами акустических волн с частотами колебаний 2/ь /+ ,2/2, где 0 - угол прихода рассеянных волн, отсчитываемый от нормали к плоскости антенны. Вследствие близости частот 2/1, /+ ,2/2 отраженных акустических сигналов, пространственные характери-( ) 11 аналогичны и близки по величине друг другу (расположение в пространстве главного и добавочных максимумов излучения, ширина главного максимума по пер-

0,7, -

симумов и т.д.). Таким образом, перемножение электрических сигналов и 6 X и 7 X и 8, уровни каждого из которых пропорциональны аналогичным пространственным ХН приемного преобразователя 11, обеспечит сохранение электрических сигналов большой амплитуды, соответствующих главным максимумам на акустической оси приемно-излучающей системы 5, 6, 11, и ослабление электрических сигналов малой амплитуды, соответствующих добавочным максимумам для других внеосевых направлений, что эквивалентно уменьшению ширины главного максимума и подавлению дополнительных максимумов в результирующей характеристике направленности приемного преобразователя 11 [4].

Проиллюстрируем возможность получения различной точности отображения рельефа нижней кромки льда с использованием каналов обработки амплитудных характеристик эхосигналов ВЧ и НЧ приемного тракта. Например, на нижней кромке льда имеются два выступа одинаковой величины, расположенных на расстоянии Б и разделенных глубокой трещиной (рис. 1), отметки, от которых на эхограмме могут сливаться в одну и тем самым увеличивать толщину льда практически вдвое. Рассчитаем величину угла А0, при отклонении на который в области максимума диаграмм направленности (ДН) антенных систем обоих каналов оператор или решающий автомат уверенно зафиксирует уменьшение амплитуды сигнала от каждого из соседних выступов, т.е. они будут зарегистрированы раздельно с определенной точностью отображения рельефа нижней кромки льда. Величиной этого угла А0 характеризуют точ ность пеленгования. Для максимального метода

пеленгования А0 = 0,6 • • 00,7 , где I - коэффициент, величина которого при

использовании оператором визуального индикатора составляет (0,05-0,15); для слухового индикатора - > 0,2. Оценим точность максимального метода пеленгования НЧ и ВЧ амплитудными трактами макета параметрического гидролокатора ближнего действия [6], который может быть использован в режиме эхоледомера. В данном устройстве ширина эквивалентных ДН приемно-излучающей системы по 0,7 : - -

/+ = 476 кГц, 2/1= 456 кГц, 2/2= 496 кГц и 00,7 вч = 1,60 при отсутствии

боковых лепестков; НЧ-канал - для сигнала разностной частоты F = 20 кГц, 00 7 нч = 6,40 при наличии боковых лепестков с уровнями до 13%, что должно обеспечить при вертикальном лоцировании с неподвижного автономного подводного , 20 , -щей способности по углу Бвч ез ~0,2м и Бнч ~0,8 м соответственно. В данном случае при визуальном пеленговании выступов оператором (1=0,1) с помощью данной

А0 : -

при предлагаемой обработке Аввч рез = 0,280; для НЧ-тракта на сигнале разностной частоты F = 20 кГц - Абцц = 1,30.

Работоспособность фазового приемного тракта основана на применении способа получения фазочастотной характеристики (ФЧХ) границы раздела [7], реализуемого с использованием двух пар когерентных гармонических акустических сигналов кратных частот /2,2/2 и /1,2/1. Информацию о наличии или отсутствии фазового сдвига на П радиан при отражении от границы раздела пары когерент-

/1 ,2 /1 -

чить после соответствующей обработки - фильтрации, усиления, приведения к одной частоте и фазового детектирования. В результате для обрабатываемых сигналов компенсируются начальные фазы (ф02 = 2ф01) и набеги фазы как за счет

двойного прохождения расстояния г до границы, так и за счет времени tl до при, , отражении сигналов от границы раздела, определяемая соотношением акустических сопротивлений поверхности объекта и среды лоцирования. Так, например,

,

частот о2 = 2п • (2/1) = 2о1 и о1 = 2п • /1, будет равна

Афк = -2х О + 2^01 + 2фя1(о)-(2°>1 + 2х ( О)—ф02 ~Фк2(°2) =

с0 с0

= 2фш(о) -Фл2(02), (1)

где фЯ1(о1) и фк2(о2) - величины приобретаемых фазовых сдвигов для звукового давления акустических сигналов при отражении от облучаемой поверхности. При облучении акустически <жестких» объектов (погруженная часть корпуса надводного судна, граница раздела «вода-лед») акустическое сопротивление !ои которого больше, чем акустическое сопротивление среды распространения 2СР , от/1 ,2 /1

сдвига на П радиан, т.е.фт(о1) = фц2(ю2) = 00 и Афя = 00 . В случае обнаружения акустически «мягких» объектов (граница раздела «вода-воздух»), акустическое сопротивление 2об которых меньше, чем акустическое сопротивление среды распространения 2СР, отражение акустических сигналов кратных частот /х,2/1

происходит с фазовым сдвигом на П радиан, т.е. фЯ1(щ) =фк2(о2) = 1800 и

Афк = 3600 -1800 = 1800 .

,

( . 2) ( 22, 23),

^^^^оттели 24, 25) выделяются электрические сигналы и10, и11 с частотами сигналов накачки /1, /2, которые удваивают по частоте и12,и12' (умножители час-26, 27) (28, 29)

/1 2 /1 , / 2 2 / 2

при использовании в качестве опорных эхосигналов и13,и13/ с частотами 2/х и 2 / 2 , (28, 29) -

тели (30, 31). Генерация акустических сигналов вторых гармоник 2/\,2/2 при нелинейном взаимодействии исходных волн накачки /, /2 сопровождается следующими физическими особенностями процессов: при распространении из ближней в дальнюю зону преобразователя накачки ПА каждый из этих сигналов приобретает определенный дифракционный фазовый сдвиг, обусловленный трансформацией квазип-лоской волны соответствующего сигнала у поверхности преобразователя накачки в расходящуюся квазисферическую на определенном удалении от него.

иіс иг

и 12 и 12

1113 1113

и 14 ІІ1Е

иіс иг

и 12 и 12

1113 1113

и 14 и 1 £

мет-^во;

206<2С|: 2воз; <2ле^

2В031<1

воз/ *-во;

2фрі(£і)-Сс

Фр2(^2)=СС

Афк-О

2<Ы<£,)=360С

Фк2(К2)=18Сс

к-180

Рис. 2. Эпюры напряжений в различных точках канала обработки фазовых характеристик эхосигналов ВЧ приемного тракта параметрического эхоимпульсного локатора

Компенсация разности дифракционных фазовых сдвигов для сигналов /; 2/\ и /2,2/2, сформированных излучающей ПА, осуществляется с помощью фазовращателей (30, 31), на управляющие входы которых поступают электрические сигналы V17 и Ш8 соответственно, амплитуды которых во времени пропорциональны величинам образующихся разностей дифракционных фазовых сдвигов. Электрические сигналы и\7 и и\8 вырабатывает блок формирования

(33) -

хроимпульса от хронизатора-модулятора 3. Напряжения и\4 и и\5, формируемые на выходах фазовых детекторов 28, 29, при лоцировании акустически мягкой границы раздела («вода-воздух») будет иметь одну полярность, а акустически жесткой («вода-лед») - другую. Сигналы и\4 и и\5 подают на два входа схемы совпадения 32, причем на ее выходе вырабатывается результирующий сигнал и\6 только в том случае, если сигналы и\4 и и\5 имеют одинаковую полярность. В случае возникновения результирующего сигнала и\6 он поступает на четвертый вход индикатора 10 и будет отображаться видеоимпульсами определенной полярности в соответствующих местах линии развертки электроннолучевой трубки ин-

,

для всплытия полыньи и разводья или получать дополнительные данные о толщине льда над главной палубой.

В качестве индикатора 10 может служить многоканальный осциллограф, у которого запуск развертки лучей по оси <ОС» (текущее время t) выполняется син, -3, а сигналы V5,и9,и16 поступают на входы усилителей, отклоняющих лучи осциллографической трубки по оси «У» [8]. На экране осциллографического индикатора при этом наблюдают видеосигналы V 5, V 9, амплитуды которых характеризуют отражательную способность обнаруженных объектов и границ раздела для сигналов с частотами как разностной ^ = /2 - /1, так и суммарной /+ = /2 + /1, вторых гармоник 2/1,2/2 волн накачки, а их задержка относительно начала развертки - расстояние 2 от преобразователей локатора (г = с0М/2 , где At - задержка сигналов V5,и9 относительно начала развертки). Сигнал Ш6, наблю-

10, -

ставляет собой видеоимпульсы, амплитуда и полярность которых будет зависеть от соотношений акустических сопротивлений сред распространения последовательно проходимых фазосвязанными акустическими сигналами кратных частот снизу вверх по прямому ходу луча.

Проанализируем информацию, отображаемую на экранах индикатора 10 на разных частотах: разностной ^ = /2 - /1 - сигнал V5, на вторичных высокочастотных /+ ,2/1,2/2 - сигнал V9 , на кратных акустических /1 и 2/1; /2 и 2/2 - сигнал Ш6 для различных границ раздела:

1) «вода-воздух». Видеоимпульсные сигналы V 5^ 9 будут регистрироваться с одинаковой задержкой относительно начала развертки, но с разной длительностью убывания флюктуирующих амплитуд, причем V9 будет иметь меньший по длительности маскирующий шлейф. Сигнал Ш6 будет регистрироваться в виде стабильного по амплитуде, знаку и расположению на линии развертки видеоимпульса отрицательной полярности (невзволнованная поверхность моря) или меняющегося по амплитуде, знаку и расположению на линии развертки видеоимпульса (взволнованная поверхность моря), что позволит уточнить дистанцию до морской поверхности и ее состояние.

2) «вода-лед». Передние фронты видеоимпульсных сигналов V 5, V 9 от нижней границы льда на линии развертки будут не совпадать (левее относительно V 9 будет V5), что обеспечит завышение измеряемой толщины льда в НЧ амплитудном приемном тракте. Сигнал Ш6 на линии развертки будет совпадать с эхосиг-налом V9 и регистрироваться в виде стабильно расположенного на линии раз, .

3) <аед-воздух». Амплитуды видеоимпульсных сигналов V5^9 от верхней кромки льда вследствие значительного затухания будут достаточно сильно отличаться по величине, причем в ВЧ-тракте влияние маскирующей реверберационной помехи вследствие затухания будет меньше. Сигнал Ш6 будет иметь вид видеоимпульса постоянной амплитуды и отрицательной полярности, стабильно расположенного на линии развертки, что позволит уточнить расположение верхней

.

Работоспособность приемного тракта для обработки частотных признаков эхосигналов основана на измерении изменений спектров эхосигналов по отноше-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

.

нию к спектру зондирующего сигнала в соответствии с эффектом Доплера. В канале обработки частотных характеристик эхосигналов ВЧ приемного тракта после фильтрации (полосовые фильтры 14, 23), усиления (усилители 17, 25) выделяются электрические сигналы с частотами (/2 ± /В(/2)) и (2/2 ± /В(2/2)), которые

поступают на первый и второй сигнальные входы двухвходового аналогового клю-36, 37

тот или иной электрический сигнал с доплеровским сдвигом частоты. На второй вход частотного дискриминатора 37 с выхода второго двухвходового аналогового 35 /2 ,2 /2 -

ровского смещения. Для этого оба входа второго аналогового ключа 35 соединены с выходом высокочастотного генератора 2 с частотой /2: первый вход - напрямую, а второй - через умножитель частоты 34 с коэффициентом умножения 2. Выбор ТОЙ ИЛИ ИНОЙ пары сигналов (/2 ± /П{/2)Х /2 ИЛИ (2/2 ± /Щ2/2) X 2/2

39

36 35.

37

частотой, соответствующей доплеровскому смещению ( /в(/2), /д(2/2)), что по-

38

значения радиальной составляющей скорости иР(/Т),иР(2/2) относительного сближения (+) или удаления (-) объекта и судна - носителя параметрического ло,

Доплера по соотношениям:

. С Х /и(/2) ,/Э(/2)

и / 2) =±-2-р = ± , <2>

2 К¥ ( / 2)

. С Х /В(2/2) ,/и(2/2)

иР(2 г 2) = ±-----= ±----------У-^, (3)

Р(2 /2)

(2 / 2)

где Ку (/ 2), Ку (2 / 2) - скоростные чувствительности частотного приемного тракта

/2 2 /2 ,

представляющие собой приращение доплеровской частоты при изменении скорости на 1 узел; с - скорость звука в водной среде.

Как следует из представленного выше описания сигнала Ш6, отображаемого на экране индикатора 10 и вырабатываемого фазовым приемным трактом уст,

кромки льда существенным отличием информационного сигнала в первом случае от второго есть лишь периодическое изменение его расположения на линии развертки меняющегося по амплитуде, знаку видеоимпульса, что обусловлено подвижностью свободной водной поверхности в отличие от статичной неровной нижней кромки льда, причем именно данный признак - измерение скорости вертикальных перемещений подвижной свободной поверхности «вода-воздух» - следует использовать для увеличения достоверности классификации лоцируемых границ раздела при обнаружении полыней и разводий во льдах, пригодных для всплытия на поверхность автономного плавательного аппарата. В данном случае именно точное определение отсутствия или наличия элементов движения неровной отражающей границы за счет обработки частотных признаков эхосигналов позволит

однозначно установить статичность («вода-лед») или подвижность («вода-воздух») облучаемой гр аницы раздела, причем использование описываемого тракта позволяет регулировать точность проводимых измерений на акустических сигна-/2 2 /2 . , -

рой гармоники острота главного максимума излучения в ,

сигнала основной частоты, т.е. в0 7 (/2) = л/2 • в0 7 (2/2), и на взволнованной гра-« - », -стью ЬР, облучаются две концентрические площадки 8(/2) и 8(2/2), что обусловит появление доплеровских спектров частот, ширина которых по уровню половинной мощности определяется приближенным соотношением [9]:

А/0 (п/2) ~ 4 • (п/2) • — • в1П 0О • ^ПГ2) , (4)

с 2

где 0 - угол скольжения акустического луча относительно границы раздела, п = 1,2 - номер гармонической составляющей. Расширение спектров частот эхо-сигналов затрудняет выделение доплеровских приращений частот, что вызовет погрешности их измерений, которые будут тем значительней, чем шире диаграмма направленности антенны. Так, среднеквадратичная погрешность измерения

доплеровского сдвига частот из-за флуктуаций средней частоты спектра может быть оценена из приближенного соотношения ~ т • А/о, где т - некоторый постоянный коэффициент, А/о - ширина доплеровского спектра сигнала на уровне половинной мощности [9].

Предложенные технические решения [4-6] расширяют эксплуатационные возможности существующих нелинейных параметрических приборов (НПП) и демонстрируют перспективность их использования в качестве гидроакустических средств обеспечения ближнего подводного наблюдения при подледном плавании.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Макларен А. С. Краткий исторический обзор исследований Арктического бассейна и прилегающих зон ледяной кромки с помощью подводных лодок // Подводная акустика и обработка сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 1985. - С.144-154.

2. Евтютов А.П., Колесников АЖ., Ляликов АЛ. и др. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1982. - 344 с.

3. Богорадский В.В., Яковлев Г.В., Корепин Е.А., Должиков АЖ. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 263 с.

4. Волощенко В.Ю. Патент 2133047(РФ). Параметрический эхо-импульсный локатор. МКИ 0018 15/60, опубл.10.09.1999. Бюл. №19.

5. . ., . ., . ., . . 69646 ( ).

Параметрический эхоимпульсный локатор. МКИ 0018 15/60, 00Ш 29/04, опубл. 27.12.2007. Бюл. №36.

6. Волощенко В.Ю. Гидролокатор ближнего действия с излучающей параметрической антенной. Деп. в ВИНИТИ 23.6.92, №2037 - В92. - Таганрог, ТРТИ, 1992. - 25 с.

7. Волощенко В.Ю. О возможности различения акустического сопротивления границ раздела в водной среде по фазовым признакам эхосигналов // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. - 2008. - №3. - С. 41-45.

8. Кузнецов А.С. Трехканальный осциллограф. - М.: Радио и связь, 1981. - 112 с.

9. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 176 с.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.