Способ определения характеристики направленности гидроакустической антенны

 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для определения характеристики направленности гидроакустических средств измерений в условиях натурального водоема. Сущность изобретения заключается в том, что гидроакустический излучатель с известной характеристикой направленности K_и(α) перемещают прямолинейно в окрестности исследуемой гидроакустической антенны и измеряют одновременно выходной сигнал антенны U_L и значения дистанций L между излучателем и антенной. При этом характеристику направленности антенны K (α) определяют из соотношений: где U_т - напряжение на выходе гидроакустической антенны в момент нахождения ее на траверзном расстоянии L_т от излучателя. Достигаемый при реализации способа технический результат заключается в повышении точности определения характеристики направленности гидроакустической антенны. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для определения характеристик направленности гидроакустических антенн.

Известен лабораторный способ определения характеристики направленности гидроакустической антенны, заключающийся в облучении последней под различными углами с помощью гидроакустического излучателя с известной характеристикой направленности К_и ( α) и одновременном измерении величин угла α и напряжения U₁ на выходе антенны и определении характеристики направленности исследуемой гидроакустической антенны по результатам проведенных измерений [1].

Согласно аналога гидроакустический излучатель последовательно перемещают в различные точки окружности, в центре которой располагают исследуемое гидроакустическое средство.

Недостатком аналога является ограниченность его применения случаем лабораторных испытаний гидроакустической антенны.

Известен способ определения характеристики направленности гидроакустической антенны в натурных условиях, заключающийся в том, что производят буксировку гидроакустического излучателя с известной характеристикой направленности К_и ( α) вдоль прямолинейной траектории в рабочем пространстве гидроакустической антенны, измеряют расстояние L от гидроакустического излучателя до антенны и выходное напряжение U_Lгидроакустической антенны, по значениям которых определяют угол α облучения антенны и ее характеристику направленности К (α ) [2].

Недостатком прототипа являются погрешности в определении характеристики направленности гидроакустической антенны, вызванные тем, что расстояние L и выходное напряжение антенны U_L измеряются в различные времена, т.е. в прототипе не учитывается изменение выходного сигнала антенны U_L с изменением расстояния, которое принимается во внимание только для определения угла облучения антенны.

Кроме того, в прототипе не учитывается пространственный характер характеристики направленности гидроакустической антенны.

Техническим результатом, получаемым при осуществлении изобретения, является повышение точности определения характеристики направленности гидроакустической антенны в натурных условиях.

Это достигается тем, что в известном способе определения характеристики направленности гидроакустической антенны, заключающемся в том, что производят буксировку гидроакустического излучателя с известной характеристикой направленности К_и ( α) вдоль прямолинейной траектории в рабочем пространстве гидроакустической антенны, измеряют расстояние L от гидроакустического излучателя до антенны и выходное напряжение U_Lгидроакустической антенны, по значениям которых определяют угол α облучения антенны и ее характеристику направленности К ( α), измерение расстояния L и выходного напряжения U_L производят одновременно, а характеристику направленности гидроакустической антенны определяют из следующих соотношений: K(α) = K_и(α); α=arcos (1) K_и(α) = где U_т - выходное напряжение гидроакустической антенны в момент ее нахождения на траверзном расстоянии L_т от излучателя; Р(α ) - уровень звукового давления, создаваемого излучателем на расстоянии 1 м под углом α к направлению траверза; Р(α_т ) - уровень звукового давления в направлении траверза.

Буксировку гидроакустического излучателя осуществляют с равномерной скоростью, а измерение расстояния L - путем измерения времени перемещения излучателя. При этом используют гидроакустический излучатель с равномерной характеристикой направленности.

На фиг.1 представлена схема реализации способа в натурных условиях; на фиг.2 - диаграмма для пояснения работы способа; на фиг.3 - пример диаграммы направленности гидроакустической антенны, полученной данным способом.

Испытуемая гидроакустическая антенна 1, состоящая из линейки измерительных гидрофонов 2 (фиг.1) расположена, например, на дне 3 водоема 4. Такая антенна предназначена для измерений гидроакустических сигналов в верхней полусфере водной среды, при этом выход антенны 1 соединен кабелем 5 с соответствующей обрабатывающей и регистрирующей аппаратурой 6, расположенной по берегу 7 водоема 4 или в другом любом месте (буе, плавущей станции, на судне и т.п.).

Имеется гидроакустический излучатель 8 с известной, в частном случае с равномерной характеристикой направленности, расположенный на носителе 9, соединенном с судном 10, буксирующим кабель-тросом 11.

На носителе 9 рядом с излучателем 8 расположена система 12 измерения дистанций (СИД), передающая часть которой расположена на носителе 9, а приемная - на береговой аппаратуре 6.

Береговая аппаратура содержит блоки усиления и обработки сигналов от гидроакустической антенны и блоки обработки гидроакустической информации по алгоритму [1].

При воздействии на гидрофоны 2 гидроакустической антенны 1 давления Р( α) излучателя 8 на выходе антенны появляется напряжение U_L, эффективное значение которого равно U_L = K_т·K_c·K_F (2) где L - измеренная СИД дистанция; γ - чувствительность гидроакустической антенны; К_т - коэффициент передачи измерительного тракта; К_с - коэффициент передачи среды; К_F - коэффициент влияния размеров конструкций подводного измерительного устройства из-за искажения измеряемого поля вследствие дифракционных явлений.

Когда излучатель 8 расположен на траверзном расстоянии L_т от гидроакустической антенны (фиг.2), то уравнение (2) примет вид U_т = K_тK_сK_F (3) Поделив уравнение (2) на уравнение (3) с учетом характеристики направленности К_и (α ) излучателя 8 получим уравнение (1) для характеристики направленности гидроакустической антенны.

При этом уравнение для угла α легко получить из диаграммы, представленной на фиг.2.

Способ реализуется следующим образом. Гидроакустический излучатель 8, расположенный на носителе 9, направляется последовательно вдоль, поперек, справа и слева от гидроакустической антенны в зависимости от того в какой плоскости требуется определить характеристику направленности гидроакустической измерительной антенны измерительного средства. Акустические волны, достигая гидрофонов 2 антенны 1, вызывают появление на ее выходе сигнала U_L, величина которого зависит от угла падения акустических волн и расстояния L от излучателя до антенны. (Расстояние L много больше размеров антенны).

Принятый сигнал по кабелю 5 направляется на береговую обрабатывающую и регистрирующую аппаратуру 6. Одновременно с помощью СИД 12 измеряется дистанция L, которая также регистрируется в береговой аппаратуре.

По полученным данным затем определяют траверзное расстояние L_т и значение напряжения U_т на выходе гидроакустической антенны в момент ее расположения на траверзном расстоянии от излучателя, а также угол α.

С учетом характеристики направленности излучателя К_и (α ) по формуле (1) находят характеристику направленности гидроакустической антенны.

Расчеты упрощаются для случая равномерной характеристики направленности, когда К_и ( α) = 1 при любом α.

В частном случае излучатель можно буксировать с равномерной скоростью V. Тогда дистанции L и L_т можно определить измеряя время t движения носителя.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИКИ НАПРАВЛЕННОСТИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ, заключающийся в том, что производят буксировку гидроакустического излучателя с известной характеристикой направленности K_и(α) вдоль прямолинейной траектории в рабочем пространстве гидроакустической антенны, измеряют расстояние L от гидроакустического излучателя до антенны и выходное напряжение U_L гидроакустической антенны, по значениям которых определяют угол α облучения антенны и ее характеристику направленности K(α) отличающийся тем, что измерение расстояния L и выходного напряжения U_L производят одновременно, а характеристику направленности K(α) гидроакустической антенны определяют из следующих соотношений:

где U_т - выходное напряжение гидроакустической антенны в момент ее нахождения на траверзном расстоянии L_т от излучателя;
P(α) - уровень звукового давления, создаваемого излучателем на расстоянии 1 м под углом α к направлению траверза;
P(α_T) - уровень звукового давления в направлении траверза.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что буксировку гидроакустического излучателя осуществляют с равномерной скоростью, а измерение расстояния L осуществляют путем измерения времени перемещения излучателя.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют гидроакустический излучатель с равномерной характеристикой направленности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3