Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения

Авторы патента:


Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения
Способ оптимизации питания буксируемой линейной передающей антенны для всенаправленного излучения

 


Владельцы патента RU 2440585:

ТАЛЬ (FR)

Изобретение относится к средствам звуковой передачи и, в частности, к средствам передачи, позволяющим осуществлять акустическую всенаправленную передачу с помощью линейной прицепной антенны длиной L, превышающей длину волны λ передаваемого сигнала, образованной множеством Р излучателей, причем расстояние между излучателями практически меньше λ/2. Способ заключается в подаче на каждый излучатель передающего сигнала, исходящего из общего передающего сигнала, причем этот общий сигнал производится с задержкой, выражение которой вытекает из закона, включающего в себя нелинейный член функции положения излучателя в антенне, причем применение этого закона позволяет изменять угловое раскрытие диаграммы передачи. Достигаемый технический результат - обеспечение всенаправленной передачи от линейной антенны, включающей в себя множество элементарных излучателей, путем оптимизации питания излучателей и передаваемых сигналов. 7 н. и 13 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

ОБЛАСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Настоящее изобретение относится к области систем передачи для буксируемых активных гидролокаторов очень низкой частоты. Эти гидролокаторы используются надводными кораблями для подводного детектирования и обеспечения защиты судна от подводных угроз. Изобретение соответствует способу, позволяющему обеспечить всенаправленную передачу от линейной антенны, включающей в себя множество элементарных излучателей, путем оптимизации питания излучателей и передаваемых сигналов.

ИЗВЕСТНЫЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для обеспечения защиты буксирующего корабля гидролокатор надводного корабля должен обеспечивать детектирование угроз, в особенности от механизмов подводных лодок, на большом расстоянии и во всех направлениях пространства. Такое детектирование, кроме того, должно осуществляться в изменяющихся условиях окружающей среды.

Требования дальности детектирования требуют использования гидролокационных систем, работающих на низких частотах, соответствующих большим длинам волны, порядка метра.

Для получения достаточной направленности размеры приемных антенн составляют обычно несколько десятков метров. Впрочем, природа свойств скорости звука в воде требует, при некоторых условиях, возможности погружения приемных и передающих антенн на глубину, оптимальную для детектирования. В частности, это случай летних периодов, в течение которых градиенты скорости звука в зонах, близких к поверхности, являются сильно негативными.

Комбинация этих требований, касающихся рабочей частоты, необходимых размеров приемной антенны и способности выбрать глубину погружения системы, приводит в существующих и разрабатываемых системах к использованию для приема линейных буксируемых наматываемых антенн, развертывание и повторное использование которых осуществляется относительно удобно. Что касается функции передачи, то она осуществляется из другой специальной антенны, встроенной в буксируемый корпус. Эта передающая антенна может быть ненаправленной и позволяет осуществлять всенаправленную или мало направленную передачу, например, в двух секторах из четырех, таким образом, чтобы перекрыть горизонт.

Во всех случаях использование этой специальной передающей антенны исходит из различных требований. Первый тип требований касается реализации системы и, в особенности, операций развертывания и повторного использования буксируемой конструкции, содержащей передающую антенну, операций, которые требуют наличия системы погружения в воду и специфического повторного использования. Другой тип требований основан на обтекателе, соединенном с буксируемой конструкцией, содержащем передающую антенну, причем обтекателя, сила которого рассчитана на размер буксируемого кабеля и, следовательно, вес системы.

Для исключения этих требований решение состоит в выполнении передающей антенны, равным образом линейной, наматываемой, и такой конфигурации этой антенны, которая способна равномерно озвучить все пространство.

Французский патент, опубликованный под № 2822960, описывает «Буксируемую систему подводного низкочастотного детектирования», включающую в себя линейную передающую антенну и линейную приемную антенну, причем обе антенны выполнены практически одного диаметра. В документе описан, в частности, способ озвучивания всего пространства посредством образования передающего канала в соответствии с поворотным направленным способом, названным способом “RDT”, в котором каждый излучатель питается передающим сигналом, с задержкой, являющейся функцией среднего направления наводки канала. В соответствии с этим документом сигнал, кроме того, передается с задержкой, позволяющей расширить канал передачи, причем задержка определяется соответствующим законом задержки или фазы, например, законом квадратичного типа. Подобный сигнал последовательно передается в нескольких направлениях посредством коммутации задержек для покрытия всего пространства. Секторы передачи являются широкими, число секторов является меньшим числа излучателей.

Такая система, производящая прямую, секторальную или “RDT" способом передачу, имеет два типа недостатков.

Первый недостаток связан со способом секторной передачи, который требует, чтобы, как для любой антенны, каждый излучатель питался независимой парой проводов питания, выдающей для передачи задержанный сигнал, что приводит к увеличенному количеству пар в буксируемом кабеле, особенно если нужно использовать большое количество излучателей.

Вторым является то, что, даже используя способ передачи типа “RDT”, всенаправленное покрытие обеспечивается вращением сектора озвучивания.

Продолжительность передачи в каждом секторе уменьшена в заданном общем времени передачи. Уровень является более высоким, чем в случае всенаправленной передачи, но появляется уменьшение доплеровского разрешения в случае передающих кодов с использованием доплеровского способа, так как чувствительность доплеровского способа зависит от продолжительности.

ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является предложение решения, позволяющего использовать линейную антенну для осуществления действительно всенаправленной передачи.

Для достижения этой цели в изобретении предлагается способ осуществления всенаправленной передачи с помощью прицепной линейной антенны длиной L, образованной множеством излучателей Р, размещенных соответствующим образом в пространстве по длине антенны, как описано ниже, состоящий в подаче на каждый излучатель сигнала, исходящего из общего передаваемого сигнала, при этом значение задержки исходит из закона изменения функции положения излучателя в антенне.

В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением для антенны, излучатели которой практически эквидистантны одни относительно других и достаточно сближены, то есть они размещены одни от других на расстоянии, практически меньшем λ/2, закон задержки, применяемый для сигнала в зависимости от положения х излучателя относительно центра антенны, является квадратичным законом формы .

В соответствии с особым вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением для антенны, излучатели которой практически эквидистантны одни относительно других и достаточно сближены, закон изменения задержки, применяемый для сигнала в зависимости от положения х излучателя относительно центра антенны, имеет форму

В соответствии с изобретением задержка '(x), примененная для сигнала, равна задержке (х) по модулю периода Т0, соответствующего центральной частоте передаваемого сигнала, причем значения '(x) квантованы по Q уровням, от 1 до Q.

В соответствии с изобретением излучатели, квантованные значения задержек которых i отличаются от Т0/2, предпочтительно питаются от той же пары проводов питания путем простой инверсии полярности проводов питания, причем необходимое число пар проводов питания будет предпочтительно равно Q/2.

В соответствии с другим вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением часть центральных излучателей является объектом группирования с помощью пар смежных излучателей, а крайние излучатели являются объектом группирования с помощью пар излучателей, симметричных относительно центра антенны. Излучатели, образующие пару, запитываются одним и тем же сигналом i. Эти группирования позволяют предпочтительно осуществлять или секторную передачу с использованием только центральных излучателей, или всенаправленную передачу с использованием всей совокупности излучателей.

Объектом изобретения является также линейная антенна для оптимизации способа в соответствии с изобретением, для которой размещение излучателей соответствует нелинейному закону, отличающаяся тем, что позволяет предпочтительно минимизировать число осуществляемых задержек i при оптимизации числа преобразователей, питаемых сигналом с одной и той же задержкой i.

Объектом изобретения является также способ осуществления всенаправленной передачи в горизонтальной плоскости с помощью прицепной линейной антенны длиной L, образованной множеством излучателей Р, когда эта антенна прицеплена наклонно между вертикалью и горизонталью. В соответствии с этим способом на каждый излучатель подают передающий сигнал, исходящий из общего передающего сигнала, с задержкой, величина которой соответствует закону нелинейной функции положения излучателя в антенне. В соответствии с изобретением этот закон определен для получения секторной передачи, с сектором раскрытия, тогда как озвучивание в горизонтальной плоскости остается всенаправленным.

Основным преимуществом способа в соответствии с изобретением является то, что он позволяет получить всенаправленную передачу одного и того же сигнала в течение всей продолжительности передачи, а не путем последовательных озвучиваний различных секторов; это достигается с помощью линейной антенны, включающей в себя последовательность излучателей, распределенных по длине антенны и питаемых уменьшенным числом питающих пар, причем это число более не зависит от числа излучателей, образующих антенну.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Отличительные особенности и преимущества различных аспектов изобретения становятся более ясными из нижеследующего описания, причем описанию соответствуют приложенные фигуры, на которых:

- фиг.1 изображает диаграммы направленности антенны, включающей в себя равномерно распределенные по длине излучатели, получающие передающий сигнал или с классической квадратичной задержкой (х), или с задержкой по способу в соответствии с изобретением;

- фиг.2 изображает закон изменения, в зависимости от рассматриваемого излучателя, задержки (х), применяемой к опорному передающему сигналу, для получения диаграммы, изображенной сплошной линией на фиг.1;

- фиг.3 изображает форму, близкую к закону изменения задержки (х) по фиг.2;

- фиг.4 изображает непрерывные или квантованные законы изменения фазы опорного передающего сигнала, соответствующего закону изменения задержки (х) по фиг.3;

- фиг.5 и 6 изображают варианты осуществления способа в соответствии с изобретением;

- фиг.7-9 изображают пример гидролокаторной системы, снабженной антенной, позволяющей осуществить способ в соответствии с изобретением,

- фиг.10 изображает частный пример осуществления способа в соответствии с изобретением для реализации всенаправленной передачи в горизонтальной плоскости.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ

Обратимся вначале к фиг.1 и 2.

Как выше было сказано, из известного уровня техники известно, что линейная антенна длиной L, образованная несколькими излучателями, может быть использована для озвучивания сектора пространства. Эта передача осуществляется путем подачи на каждый излучатель сигнала, исходящего из общего передающего сигнала, к которому применяют переменную задержку (х), закон изменения которой является линейным законом в зависимости от желаемого азимута θ наводки относительно оси антенны. Следовательно, задержка, применяемая к излучателю, размещенному на расстоянии х от центральной точки антенны, соответствует следующему общему выражению:

,

где с обозначает скорость звука в воде.

Способ в соответствии с изобретением состоит, прежде всего, в применении к сигналу, используемому для питания излучателей, нелинейного закона задержки (х), являющегося функцией положения х рассматриваемого излучателя относительно центра антенны, причем выражение закона меняется в зависимости от структуры рассматриваемой линейной антенны.

Так, в случае антенны, включающей в себя равномерно расположенные по длине излучатели, передающий пучок может быть расширен для получения диаграммы направленности, такой, как представлена кривой 11 , обозначенной сплошной линией на фиг.1, накладывая на закон линейной задержки, данный в выражении [1], нелинейный закон (х), например квадратичный, в зависимости от положения х излучателя относительно центра антенны. Этот закон имеет общее выражение:

,

где .

В данном случае коэффициент α связан с угловым раскрытием диаграммы передачи, которую желают получить. В общем случае выбирают коэффициент α из формулы:

где λ является длиной волны и β представляет собой коэффициент, значение которого находится в интервале [0, 1,5], определяющем угловое раскрытие желаемой диаграммы передачи.

Кривая 11 по фиг. 1 соответствует диаграмме передачи, получаемой с линейной антенны, включающей в себя 32 эквидистантных излучателя и с применением к передающему сигналу закона квадратичной задержки (х), соответствующего зависимости [2].

Кривая 21 по фиг. 2 иллюстрирует в зависимости от рассматриваемого излучателя закон изменения задержки (х), применяемый к общему опорному сигналу, соответствующему середине антенны для получения диаграммы 11 по фиг. 1. Здесь представлен закон для случая линейной антенны, включающей в себя 32 излучателя, эквидистантных одни относительно других.

Подобным образом в случае антенны, включающей в себя излучатели, распределенные с изменяемым шагом по длине антенны, передающий пучок может быть расширен путем наложения на закон линейной задержки, данный выражением [1], нелинейного закона для (х), выражение которого в зависимости от положения х излучателя относительно центра антенны дано следующим соотношением:

где .

В двух упомянутых предыдущих случаях путем применения соответствующего закона задержки получают всенаправленный пучок с учетом особых предосторожностей при распределении излучателей по длине антенны.

Действительно из известного уровня техники известно, что в случае антенны, включающей в себя эквидистантные излучатели с постоянным шагом d(х), диаграмма направленности, представленная в зависимости от изменения u=cos θ, где θ является углом между рассматриваемым направлением и направлением передаваемого пучка (u=cos θ с изменением от -1 до +1), является периодической диаграммой с периодом, равным λ/d.

Для того чтобы избежать свертывания, которое привело бы к недопустимым колебаниям диаграммы направленности, шаг d должен быть уточнен известным образом в случае всенаправленной передачи следующим выражением:

,

где Ut является полосой перехода диаграммы направленности, представленной в пространстве u.

Это условие приводит обычно в общем случае в антенне с эквидистантными излучателями к размещению излучателей по длине антенны с шагом d, несколько меньшим λ/2. Однако в случае использования закона задержки, такого, какой описывается выражением [2], полоса перехода Ut размерно выражается как , что приводит для распределения излучателей к принятию расстояния, близкого к расстоянию от λ/4 до λ/3, в зависимости от числа излучателей в антенне.

В особом случае антенн с неравномерно размещенными датчиками, для которых применяют сигнал с законом задержки, описанным в выражении [4], условие [5] применяется к крайним прожекторам антенны, которые являются наиболее сближенными. Полоса перехода Ut также размерно выражается как , что приводит при шаге d(x=L/2) к расстоянию, близкому от λ/4 до λ/3, в соответствии с числом излучателей антенны.

Это условие, касающееся значения расстояния между излучателями, является обязательным условием, которое влияет на структуру используемой антенны и, следовательно, на эффективность способа в соответствии с изобретением. Действительно, если это условие, касающееся расстояния между прожекторами, не соблюдается, передаваемый сигнал не является одинаковым во всех направлениях и, таким образом, больше не является действительно всенаправленным, в связи с вытекающим отсюда свертыванием диаграммы направленности.

Обратимся теперь к фиг. 3 и 4.

Передающие сигналы, используемые в активных гидролокаторах, являются сигналами с полосой В пропускания, центрированной около центральной частоты F0, а способ в соответствии с изобретением во вторую очередь состоит в аппроксимации закона задержки, применяемого по выражению T0=1/F0 по модулю. Следовательно, задержка, применяемая для одного излучателя, в случае антенны с равномерно размещенными излучателями, например, будет иметь выражение:

Этот закон задержки Т0 по модулю описывается проще в рамках закона фазы, применяемой к сигналу, в форме:

В случае закона задержки (х), выбранного для образования каналов, эта аппроксимация, называемая узкополосной аппроксимацией, приемлема, тем более, что следующее относительно жесткое условие, которое связывает ширину В сигнала и длину антенны, будет уточнено следующим образом:

,

где с является скоростью звука в среде распространения.

Во всяком случае, в случае законов задержки по выражению [2] или выражению [4], используемых для получения всенаправленной передачи, применяющееся условие гораздо менее жестко, чем условие [8], для того чтобы по способу в соответствии с изобретением, главным образом, было возможно использование апроксимаций [6] и [7].

Замена закона приближенной задержки на закон первичной задержки в способе в соответствии с изобретением имеет большое преимущество. Она позволяет ограничить возможности изменения задержки, применяемой к передающему сигналу до интервала [0; Т0] (изменение фазы сигнала от 0 до 2). Эта предпочтительная характеристика изображена кривой 31 задержки на фиг. 3 и кривой 41 фазового смещения, изображенной сплошной линией на фиг. 4, причем кривые относятся к антенне, диаграмма направленности которой изображена кривой 11 на фиг. 1.

Способ в соответствии с изобретением состоит в третью очередь в выполнении квантования значений задержки, полученных для различных излучателей, образующих антенну. В соответствии с предпочтительным вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением интервал задержки [0; T0] разделен на Q эквидистантных уровней. Следовательно, каждый излучатель питается передающим сигналом с задержкой, значение которой i(х), являющееся квантованным значением, наиболее близким к аппроксимированному значению '(х). Следуя способу в соответствии с изобретением осуществляют, таким образом, квантование задержек в Q состояниях.

В соответствии с изобретением число уровней квантования реализовано таким образом, что флуктуация по азимуту передаваемого уровня отвечает определенным требованиям. Таким образом, например, для квантования, выполненного по 16 шагам, теоретическая ожидаемая флуктуация от уровня передаваемого сигнала в зависимости от азимута составляет 1,5 dB.

Разумно осуществленная операция квантования имеет большое преимущество. Действительно, она позволяет питать комплекс излучателей независимо от числа излучателей, образующих антенну, с ограниченным числом Q сигналов, причем каждый сигнал вычитается из передающего сигнала с помощью применения задержки i, определенной среди возможных Q задержек. Это ограничение путем квантования возможных значений задержки позволяет предпочтительно ограничить число пар проводников, необходимых для питания сигналом комплекса излучателей, до числа максимум Q пар. Предпочтительно, таким образом, ограничивают сложность средств, предназначенных для осуществления этих задержек, а также количества используемых проводников и, таким образом, веса кабеля питания антенны.

Кривая 42 на фиг. 4, обозначенная пунктирной линией, иллюстрирует в качестве примера закон изменения фазы, получаемой в результате осуществления квантования на 12 состояний закона фазы, представленного кривой 41. Квазиналожение кривых 41 и 42 позволяет хорошо уяснить из этого примера предпочтительный характер этапа квантования, осуществляемого способом в соответствии с изобретением, этапа, который возможен только после применения узкой полосы аппроксимации на нелинейный закон (х).

Диаграмма направленности сигнала, получаемого способом в соответствии с изобретением и передаваемого антенной, представлена кривой 12, обозначенной пунктирной линией на фиг. 1. Близкое сходство этой кривой с теоретической кривой, получаемой применением нелинейного закона задержки, определяемого выражением [2], также показывает предпочтительный характер способа в соответствии с изобретением.

Таким образом, реализация способа в соответствии с изобретением позволяет непосредственно осуществлять всенаправленную передачу с помощью линейной антенны, включающей в себя множество излучателей, запитываемых только Q сигналами питания. Каждый из этих сигналов получают из общего сигнала путем применения величины задержки (или фазового смещения) между задержанными величинами Q. Однако предпочтительно рассмотреть следующее. Если учитывать тот факт, что для изменения полупериода Т0 длительность задержки, примененной к общему сигналу питания для питания данного излучателя, достаточно инвертировать полярность питающего сигнала этого излучателя. Такая инверсия полярности может быть легко получена переключением питающих проводов на зажимах излучателя. Исходя из этого, комплекс Q сигналов может быть получен путем генерирования Q/2 сигналов питания, получаемых из одного задержанного сигнала между [0; T0/2] (или фазового смещения между 0 и ), с помощью N=Q/2 пар питания в кабеле.

В такой конфигурации каждая пара может питать различное число передающих преобразователей, причем согласование выполнено специфическим образом для Q/2 цепей соответствующих передатчиков.

Число Q используемых сигналов питания предпочтительно не фиксировано априори и прямо не зависит от общего числа излучателей, содержащихся в антенне. Однако анализ эффекта на диаграмме направленности аппроксимаций, связанных с шагом квантования, говорит о том, что квантование на число задержек порядка Q=10-20 значений является приемлемым. Такое квантование приводит к введению в буксирующий кабель от 5 до 10 пар питания для питания комплекса излучателей.

Представленное изобретение позволяет, таким образом, предпочтительно, путем квантования задержек разумным образом, рационально ограничивать число N пар питания в буксирующем кабеле и запитывать необходимое количество излучателей для желаемого уровня всенаправленной передачи.

Следует отметить, что в направленном способе уравновешивание является линейным и квантование фазы ограничено, как указано выше (узкополосная аппроксимация), условием:

L<<c/B

Напротив, во всенаправленном способе с законами задержки, определенными выражениями [2] и [4], являющемся объектом настоящего изобретения, ограничение длины линейной антенны для всенаправленного способа менее строго. Оно определяется следующим выражением:

,

где f является передаваемой частотой, а В является полосой пропускания передаваемого сигнала.

Предел 4f/B значительно больше 1, так как f>>B, и, как следствие, ограничение длины антенны в случае всенаправленной передачи менее жестко, чем в случае направленной передачи. Так, например, если передают сигнал с центральной частотой, равной 1,5 КГц, и шириной полосы 300 Гц, то возможно использовать антенну длиной, достигающей 100 м. Для сигнала той же центральной частоты, но шириной полосы пропускания в 1 КГц, возможно использовать антенну, ограниченную длиной в 9 метров.

Обратимся теперь к фиг. 5.

Как можно констатировать, на предыдущих фигурах и особенно на фиг. 2, в случае квадратичного закона задержки (х), определяемого выражением [2], изменение задержки является наиболее быстрым в области излучателей, расположенных на концах антенны. Как следствие, условие [5], которое отражает двойное требование корректно выверять наиболее быстрые изменения задержки при сохранении постоянного шага между излучателями, должно быть выполнено для наиболее удаленных от центра антенны излучателей.

Напротив, в том, что касается наиболее центральных излучателей, двойное удаление их представляется приемлемым. Это утверждение приводит к рассмотрению возможности перегруппирования определенного числа излучателей центральной зоны в пары, образованные двумя смежными излучателями. Это перегруппирование позволяет, предпочтительно, питать антенну числом пар кабелей питания, меньшим, чем число излучателей. Кроме того, также отмечают, что вследствие симметрии закона задержки относительно центра антенны возможно питать симметричные излучатели одной парой. Именно эта предпочтительная отличительная особенность использует предпочтительный способ осуществления способа в соответствии с изобретением, конкретный пример которого изображен на фиг. 5.

В этом примере применения предпочтительного способа осуществления рассматривают антенну, включающую в себя Р=32 излучателей 51, размещенных по длине антенны с шагом примерно 0,20 м. Центральная рабочая частота в данном случае равна F0=1500 Гц. На фигуре излучатели 51 пронумерованы от 1 до 32, причем центр антенны размещен между излучателями 16 и 17.

20 центральных излучателей, пронумерованных от 7 до 26, перегруппированы попарно со смежными излучателями ((7, 8), (9, 10)...(25, 26). Каждая пара излучателей питается парой проводников 52.

12 остальных боковых излучателей, пронумерованных от 1 до 6 и от 27 по 32 сгруппированы симметрично относительно центра ((1, 32), (2, 31)...(6, 27)). Каждая пара излучателей также питается парой проводников 53.

Преимуществом такого типа осуществления является то, что, хотя антенна включает в себя 32 излучателя, ее питание сигналом требует только 16 пар проводников. Кроме того, в таком способе каждая пара проводников является нагруженной идентичным числом излучателей (равным 2).

Предпочтительным вариантом осуществления способа в соответствии с изобретением, не представленным на чертежах, является группирование попарно пар излучателей, которые сгруппированы по два излучателя в центральной зоне антенны. Таким образом, перегруппировывают по две пары симметричных относительно центральной точки антенны излучателей. Таким образом, в предыдущем примере 10 пар центральных смежных излучателей группируют в симметричные пары ([(7, 8), (25, 26)]; [(9, 10), (23, 24)] и т.д.). Образованная таким образом каждая четверка излучателей запитывается одной парой электрических проводников, таким образом, в этом предпочтительном варианте достаточно, предпочтительно, 5 пар электрических проводников для питания 20 центральных излучателей и 11 пар проводников для питания комплекса антенны.

Таким образом, применяя к передающему сигналу квадратичный закон задержки, квантованный только на 11 состояний, осуществляют всенаправленную передачу с помощью одной линейной антенны.

Преимущественной отличительной особенностью этого предпочтительного варианта осуществления способа в соответствии с изобретением является то, что он позволяет осуществить как всенаправленные, так и направленные способы передачи.

Такая двойная функциональность получается, например, простым способом путем дифференциации природы задержки, применяемой к передающему сигналу, в зависимости от того, питает ли он периферические или центральные излучатели.

Так, если используют линейную антенну, включающую в себя Р излучателей, равномерно размещенных в пространстве, например, 48 излучателей, позиционирование которых удовлетворяет условию [5], то предпочтительно возможно одновременно осуществлять секторную направленную передачу или всенаправленную передачу. Для этого выбирают, например, число пар Р1 излучателей, например, 20 излучателей, расположенных в центральной части антенны, и перегруппировывают эти излучатели в N11/2 пар смежных излучателей, которые питаются N1 парами независимых проводников. Оставшиеся Р2=Р-Р1 излучатели, в рассматриваемом примере 28 излучателей, перегруппируются попарно симметрично относительно центра антенны, образуя N22/2 пар, питаемых N=Q/2 дополнительными парами, соответствующими квантованию задержек на Q состояний, где q, например, равно 12.

Следовательно, для осуществления направленной секторной передачи Р1 центральных излучателей питаются N1 независимыми сигналами в соответствии с законом задержки (х), определенным выражением [1], позволяющим образовать диаграмму передачи в заданном направлении, в то время как Р2 внешних излучателей не используются. Кроме того, для осуществления всенаправленной передачи питается совокупность Р излучателей. Р1 центральных излучателей питаются N1 сигналами в соответствии с законом квадратичной задержки типа, определенного выражением [2], в то время как N2 внешних излучателей питаются N сигналами в соответствии с квадратичным законом задержки, квантующим на Q состояния задержки i.

Таким образом, задержка, применяемая особенно к центральным излучателям, может быть определена следующим общим выражением:

Так, когда α равно 0, получают секторную направленную передачу в направлении θ, а когда α равно 2, получают всенаправленную передачу.

Далее обратимся к фиг. 6.

Этот вариант осуществления способа в соответствии с изобретением, изображенный на фиг. 6, касается в особенности гидролокаторной системы, включающей в себя линейную передающую антенну, соединенную с особыми средствами коммутации 61, позволяющими подавать на каждый излучатель передающий сигнал, зависящий от типа желаемой передачи. В этом варианте все излучатели предпочтительно используются независимо от способа выбранной передачи, секторной или всенаправленной, что позволяет получить максимальный уровень передачи. В рассматриваемой линейной антенне каждый излучатель 61 питается особой парой проводников 62, сигнал питания, приложенный к этой паре, выбирается средствами коммутации из N сигналов 63 питания, исходя из того же передающего сигнала, к которому применяют задержки, определенные в зависимости от закона задержки, соответствующего желаемому способу передачи.

Таким образом, можно, в частности, получить:

- всенаправленный способ максимального уровня с применением единственного квадратичного закона задержки, определенного выражением [2],

- секторный способ максимального уровня с применением закона задержки (х), определяемого выражением [10], причем раскрытие сектора передачи осуществляется квадратичной составляющей выражения [10] и направлением θ передачи посредством линейной составляющей функции θ,

- главным образом направленный способ максимального уровня с применением закона задержки (х), определяемого выражением [1], которое описывает линейное изменение задержки, применяемой для заданного угла наводки θ.

Таким образом, в соответствии с рассматриваемым способом применяют N сигналов 64 питания, представляющих одинаковый закон задержки в соответствии с желаемым способом передачи, причем распределение N сигналов по излучателям осуществляется с помощью средств 61 коммутации в зависимости от управляющего сигнала 64.

Обратимся теперь к фиг. 7-9.

Фиг. 7 схематично изображает вид совокупности антенн, образующих совокупность гидролокаторной системы, способной осуществить способ в соответствии с изобретением. В этой системе линейная передающая антенна 71, прицепленная практически горизонтально, тянет за собой легкий элемент 72 и приемную линейную антенну 73. Кроме того, что он обеспечивает механическую связь между передающей антенной и приемной антенной, элемент 72 служит для отдаления антенны 73 от носителя. Линейная приемная антенна 73 может, в случае необходимости, являться простой линейной антенной или направленной антенной, включающей в себя триплеты гидрофонов. Комплекс дополняется хвостовым тросом 74, позволяющим автоматическое развертывание без вмешательства оператора в соответствии со способом, уже определенным в море для классических приемных линейных морских антенн.

В соответствии с возможным способом осуществления комплекса передающая антенна может быть выполнена с помощью цилиндрических коленчатых натяжных излучателей 81, таких, как представлены на фиг. 8, при этом приемная линейная антенна является линейной триплетной антенной. Комплекс имеет практически постоянный диаметр, который может быть меньше 100 мм, и может быть, предпочтительно, намотан на лебедку. Передающие участки с внешними диаметрами, например, 120 или 150 мм, могут быть намотаны с помощью свертывающих систем с памятью.

В варианте осуществления такой системы, изображенной на фиг. 9, возможно объединить линейную передающую антенну 91, образованную, по меньшей мере, двумя вертикально совмещенными антеннами 92, 93 и выполненными по способу в соответствии с изобретением. Такая конфигурация позволяет, предпочтительно, например, в контексте всенаправленной передачи минимизировать энергию, передаваемую в вертикальной плоскости вверх и вниз. Расстояние между передающими антеннами 92 и 93 обычно составляет половину средней длины волны. Такая конфигурация позволяет также, предпочтительно, концентрировать энергию в горизонтальной плоскости, соответствующей направлению передачи.

Обратимся, наконец, к фиг. 10.

Применение способа передачи в соответствии с изобретением, представленным на фиг. 10, состоит в осуществлении всенаправленной передачи в горизонтальной плоскости с помощью линейной антенны, прицепленной в наклонном положении или практически вертикально. В этом применении используют способ в соответствии с изобретением для осуществления секторной передачи с изменяемой шириной диаграммы передачи путем применения нелинейного закона задержки к передаваемому сигналу. Выполненная таким образом передающая система является наматываемой системой малого диаметра, применяемой в транспортном средстве - носителе 101 малых размеров обычно автономном и беспилотном, например, типа «USV». Он включает в себя одну линейную передающую антенну, такую, как описано выше, внутренняя структура которой, в случае необходимости, утяжелена, как и тяжелый хвостовой наматываемый элемент 103, позволяющий удерживать прицепную передающую антенну в положении, наиболее близком к вертикальному, даже при движении носителя 101.

Исходя из этого считают, что антенна образует с горизонталью угол θinclin, который изменяется в зависимости от скорости носителя 101. С другой стороны, считают также, что в зависимости от условий распространения в среде, хорошее озвучивание столба воды на большое расстояние требует, чтобы это озвучивание было выполнено с углом +/-θpropa по отношению к горизонтали 104. Следовательно, если учитывать оба предыдущих параметра и для обеспечения всенаправленного озвучивания в горизонтальной плоскости, ширина озвучиваемого сектора +/-θsecteur вокруг перпендикуляра к антенне должна быть точно выверена проверкой следующего выражения:

Доля передачи, выполняющая предыдущее условие, с практически постоянным усилением в направлениях, разграниченных углом θsecteur, может предпочтительно быть получена способом в соответствии с изобретением, путем применения нелинейного закона задержки квадратичного типа, закона, который позволяет, в частности, получить квазипостоянный уровень передачи в озвучиваемом секторе. Изменение 105 усиления передачи в зависимости от угла θ рассматриваемого θsecteur, относительно всенаправленного уровня, символично представлено на фиг.9. Такая расширенная доля передачи, получаемая способом в соответствии с изобретением, предпочтительно лучше адаптируется к требованиям функционирования такой системы, чем доля передачи с раскрытием, меньшим на -3 dB, получаемая с помощью линейной антенны, все излучатели которой передают одновременно классическим образом.

Такая система передачи, установленная на подвижном носителе и способная передавать даже, когда носитель находится в движении, позволяет, предпочтительно, быстро озвучивать широкую зону и под весьма различными углами. Она облегчает, кроме того, локализацию и классификацию объектов в зоне, например, с использованием способа мультистатического приема.

Предпочтительно, возможно также с таким типом применения способа в соответствии с изобретением осуществлять локальное озвучивание слоя воды, расположенного на меньшей глубине над антенной. Для этого достаточно остановить и стабилизировать носитель 101 для вертикального позиционирования антенны 102 и получения, таким образом, θinclin=0°. Можно также озвучить верхний слой воды с уровнем озвучивания, повышенным, например, на 8 dB по сравнению с уровнем, получаемым при всенаправленном озвучивании.

Таким образом, как можно констатировать, в связи с описанными выше неограничивающими примерами осуществления способ в соответствии с изобретением позволяет не только осуществлять реально всенаправленную передачу с помощью линейной антенны, но также осуществлять секторные передачи, для которых ширина диаграммы передачи предпочтительно адаптирована к рассматриваемому применению. Он позволяет также представить себе линейные антенны, которые могут без структурных изменений чередовать секторные и всенаправленные способы передачи. В некоторых вариантах осуществления он позволяет, кроме того, значительно уменьшить число пар проводников, необходимым для питания передающим сигналом излучателей, образующих используемую линейную антенну.

1. Способ осуществления всенаправленной передачи с помощью прицепной линейной антенны длиной L, превышающей длину волны λ передаваемого сигнала, образованной множеством Р излучателей (51), причем интервал между излучателями (51) значительно меньше λ/2, отличающийся тем, что на каждый излучатель подают передающий сигнал от общего передающего сигнала, причем этот общий сигнал подвержен задержке τ(x), выражение которой вытекает из нелинейного закона в зависимости от положения x излучателя в антенне, причем такая задержка τ(x) делает возможным получение диаграммы передачи с угловым раскрытием, которое может быть модулировано.

2. Способ по п.1, в соответствии с которым излучатели (51), образующие антенну, по существу, эквидистантны одни относительно других и размещены на расстоянии, по существу, меньшим λ/2, при этом закон задержки, применяемый к сигналу в зависимости от положения x излучателя относительно центра антенны, является квадратичным законом формы:
τ(x)=αx2, где α является коэффициентом, связанным с желаемым углом раскрытия антенны.

3. Способ по п.1, в соответствии с которым излучатели (51) отдалены одни от других на расстояние, уменьшающееся от центра к концам, причем расстояние, по существу, меньше λ/2, причем закон задержки, применяемый к сигналу в зависимости от положения x излучателя относительно центра антенны, имеет форму:
,
где с представляет собой скорость звука в воде.

4. Способ по п.1, в соответствии с которым задержка τ'(x), применяемая к сигналу для одного излучателя, равна задержке τ(x) по модулю периода Т0, соответствующего центральной частоте передаваемого сигнала, причем значения τ'(x) квантованы по Q уровням от τ 1 до τ Q.

5. Способ по п.2, в соответствии с которым задержка τ'(x), применяемая к сигналу для одного излучателя, равна задержке τ(x) по модулю периода Т0, соответствующего центральной частоте передаваемого сигнала, причем значения τ'(x) квантованы по Q уровням от τ 1 до τ Q.

6. Способ по п.3, в соответствии с которым задержка τ'(x), применяемая к сигналу для одного излучателя, равна задержке τ(x) по модулю периода Т0, соответствующего центральной частоте передаваемого сигнала, причем значения τ'(x) квантованы по Q уровням от τ 1 до τ Q.

7. Способ по п.4, в соответствии с которым излучатели, для которых квантованные значения τi задержки отличаются от Т0/2, питаются от одной и той же питающей пары путем простой инверсии полярности питающих проводов, причем необходимое количество пар питающих проводов равно, таким образом, Q/2.

8. Способ по п.5, в соответствии с которым излучатели, для которых квантованные значения τi задержки отличаются от Т0/2, питаются от одной и той же питающей пары путем простой инверсии полярности питающих проводов, причем необходимое количество пар питающих проводов равно, таким образом, Q/2.

9. Способ по п.6, в соответствии с которым излучатели, для которых квантованные значения τi задержки отличаются от Т0/2, питаются от одной и той же питающей пары путем простой инверсии полярности питающих проводов, причем необходимое количество пар питающих проводов равно, таким образом, Q/2.

10. Способ по п.5, в соответствии с которым часть центральных излучателей линейной антенны является объектом попарного группирования смежных излучателей, а крайние излучатели являются объектом попарного группирования излучателей, симметричных относительно центра антенны, причем излучатели, составляющие пару, питаются одним и тем же сигналом τi (52, 53), причем группирования позволяют осуществлять или секторную передачу с использованием только центральных излучателей, или всенаправленную передачу с использованием всей совокупности излучателей.

11. Способ по п.8, в соответствии с которым часть центральных излучателей линейной антенны является объектом попарного группирования смежных излучателей, а крайние излучатели являются объектом попарного группирования излучателей, симметричных относительно центра антенны, причем излучатели, составляющие пару, питаются одним и тем же сигналом τi (52, 53), причем группирования позволяют осуществлять или секторную передачу с использованием только центральных излучателей, или всенаправленную передачу с использованием всей совокупности излучателей.

12. Передающая антенна для осуществления способа по п.5, отличающаяся тем, что каждый излучатель (51) питается с помощью одной собственной пары (62) проводников, причем она включает в себя средства (61) коммутации, позволяющие питать упомянутые излучатели с помощью заданного числа N питающих сигналов (63), причем число N меньше числа Р излучателей, образующих антенну.

13. Передающая антенна для осуществления способа по п.5, отличающаяся тем, что она содержит две линейные антенны (92, 93), расположенные вертикально одна над другой для минимизации передаваемой энергии вверх и вниз, причем обе антенны размещены на расстоянии, по существу, равном половине средней длины волны λ, позволяющем также ограничить вертикальную передачу энергии к поверхности и в глубину.

14. Передающая антенна для осуществления способа по п.6, отличающаяся тем, что она содержит две линейные антенны (92, 93), расположенные вертикально одна над другой для минимизации передаваемой энергии вверх и вниз, причем обе антенны размещены на расстоянии, по существу, равном половине средней длины волны λ, позволяющем также ограничить вертикальную передачу энергии к поверхности и в глубину.

15. Система акустического детектирования, включающая в себя линейную антенну (73) направленного приема и линейную передающую антенну (71) и приспособленная для осуществления способа по п.5, причем приемная и передающая линейные антенны имеют, по существу, один и тот же диаметр, так что вместе автоматически наматываются на лебедку.

16. Система акустического детектирования, включающая в себя линейную антенну (73) направленного приема и линейную передающую антенну (71), и приспособленная для осуществления способа по п.6, причем приемная и передающая линейные антенны имеют, по существу, один и тот же диаметр, так что вместе автоматически наматываются на лебедку.

17. Система по п.15, в которой линейная передающая антенна (71) является антенной с цилиндрическими излучателями (81) коленчато-натяжного типа, а линейная приемная антенна (73) является антенной с триплетами гидрофонов.

18. Система по п.16, в которой линейная передающая антенна (71) является антенной с цилиндрическими излучателями (81) коленчато-натяжного типа, а линейная приемная антенна (73) является антенной с триплетами гидрофонов.

19. Способ осуществления всенаправленной передачи в горизонтальной плоскости с помощью линейной прицепной антенны (102) длиной L, образованной множеством Р излучателей, причем антенна прицепляется в любом навигационном положении между горизонталью и вертикалью, отличающийся тем, что на каждый излучатель подают сигнал передачи, исходящий из общего сигнала передачи, к которому применяют задержку, величина которой соответствует нелинейному закону в зависимости от положения излучателя в антенне; этот закон определяется автоматически в зависимости от скорости носителя (101) для изменения раскрытия сектора, заполняемого звуком в соответствии с наклоном антенны относительно вертикали.

20. Способ по п.19, в котором нелинейный закон предназначен для получения угла раскрытия θsecteur диаграммы передачи, отвечающего условию:
θsecteurinclinprora,
где θinclin представляет собой угол наклона антенны относительно горизонтали, а θprora - желаемое направление передачи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к устройствам ориентации типа «двухосной» головки ориентации в различных транспортных средствах. .

Изобретение относится к гидроакустической антенне произвольной формы. .

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к измерению параметров приемоизлучающих антенн гидроакустических систем вертикального зондирования. .

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к измерению параметров приемоизлучающих антенн гидроакустических систем вертикального зондирования, и может быть использовано для метрологической проверки рабочих гидроакустических средств измерений в условиях натурного водоема.

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано как в излучающих, так и приемоизлучающих антеннах гидролокаторов многолучевых эхолотов

Изобретение относится к технике акустики и может использоваться в медицинской аппаратуре для ультразвуковой эхографии. Технический результат состоит в расширении угла обзора движений посредством ультразвуковых изображений. Для этого ультразвуковое устройство содержит: модуль, имеющий входную часть и выходную часть; ультразвуковой преобразователь, содержащий формирователь микролуча, выполненный с возможностью присоединения и отсоединения от входной части модуля; и дисплей, присоединенный к выходной части модуля. Также описана ультразвуковая система. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх