Приемная цилиндрическая антенна гидроакустической станции кругового обзора

Изобретение относится к области гидроакустики. Технический результат изобретения заключается в упрощении конструкции антенны и уменьшении ее массогабаритных параметров. При этом существенно сокращается число приемников антенны при сохранении ее коэффициента концентрации. Приемная цилиндрическая антенна гидроакустической станции кругового обзора содержит приемные элементы, установленные в раздвижную конструкцию, выполненную с возможностью развертывания антенны из транспортного положения в рабочее и обратно, размещенные по окружности с образованием цилиндрической приемной решетки. Конструкция антенны в рабочем положении звукопрозрачна, элементы цилиндрической приемной решетки размещены на одной окружности, их число определяют из выражения Nopt=[1+N0d0/dopt], где Nopt - число элементов цилиндрической приемной решетки; N0 - число элементов, разнесенных между собой по окружности антенны на расстояние d0=c/2fmax; где c - скорость звука в воде; fmax - верхняя рабочая частота; dopt - расстояние, рассчитываемое по итерационной процедуре, когда на каждом шаге итерации рассчитывают ДН компенсированной окружности на частоте fmax для N0 элементов. 11 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в станциях освещения подводной обстановки, например, для гидроакустических станций позиционных систем, для станций носителей малого водоизмещения и для гидроакустических станций вертолетов, где имеет большое значение не только высокая пространственная избирательность, но и снижение массы и габаритов антенны.

Известны антенны гидроакустических станций с цилиндрическим размещением приемных элементов, имеющие раздвижную конструкцию, обеспечивающую малые габариты в транспортном положении и необходимый волновой размер в рабочем положении, например антенны зарубежных вертолетных станций HELRAS, CORMORANT или FLASH, а также антенны - см. US №5091892, H04R 17/00, 19.04.91 г. и Jp №4-81747, G01S 7/52, 3/809 от 12.08.86 г.

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой антенне является антенна станции FLASH фирмы Thomson-Marconi (см. Jane's «Underwater War Fare Systems», 8-th edition, 1997, стр.97). Эта антенна состоит из приемных элементов в виде вертикальных стержней, закрепленных на рычагах раздвигающейся механической системы. В рабочем положении приемные элементы образуют две коаксиальные цилиндрические решетки, при этом стержни внутренней решетки устанавливаются в радиальном направлении за стержнями внешней решетки таким образом, чтобы каждая пара этих стержней формировала диаграмму направленности (далее по тексту - ДН) в форме кардиоиды, ориентированной вдоль радиуса в наружную сторону от цилиндра. Вид сверху такого размещения приемных элементов антенны показан на фиг.1. Расстояние между приемными элементами по окружности внешней цилиндрической решетки выбирается равным половине длины волны на верхней рабочей частоте, и общее число пар приемников в такой антенне равняется , где R - радиус окружности внешней цилиндрической решетки, fmax - верхняя рабочая частота и c - скорость звука в воде.

В таких антеннах формирование диаграмм направленности осуществляется приемными элементами, расположенными в секторе ±60° относительно направления компенсации антенны. Увеличение числа приемников в формирующем секторе не приводит к улучшению направленности антенны, так как в этом случае в сектор начинают попадать пары приемников, максимумы кардиоидных ДН которых существенно отклонены от направления компенсации антенны.

Недостатками такой антенны являются существенно большее число приемников, чем их требуется для получения коэффициента концентрации, соответствующего габаритным размерам антенны.

Задачей изобретения является упрощение конструкции антенны и уменьшение ее массогабаритных параметров.

Технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи, - существенное сокращение числа приемников антенны при сохранении ее коэффициента концентрации. При этом обеспечивается упрощение конструкции антенны и уменьшение ее массы.

Для решения поставленной задачи приемная цилиндрическая антенна гидроакустической станции кругового обзора, содержащая приемные элементы, установленные в раздвижную конструкцию, выполненную с возможностью развертывания антенны из транспортного положения в рабочее и обратно, размещенные по окружности с образованием цилиндрической приемной решетки, отличается тем, что конструкция антенны в рабочем положении звукопрозрачна, причем элементы цилиндрической приемной решетки размещены на одной окружности, а их число определяют из выражения Nopt=[1+N0d0/dopt],

где Nopt - число элементов цилиндрической приемной решетки;

N0 - число элементов, разнесенных между собой по окружности антенны на расстояние d0=с/2fmax;

где c - скорость звука в воде;

fmax - верхняя рабочая частота;

dopt - расстояние, рассчитываемое по итерационной процедуре, когда на каждом шаге итерации рассчитывают ДН компенсированной окружности на частоте fmax для N0 элементов, при этом расстояния между элементами антенны по окружности определяют из выражения di=d0-iΔ,

где di - расстояния между элементами антенны по окружности;

i - номер итерации;

Δ<<d0 - шаг итерации,

далее определяют величину максимального тыльного лепестка этой ДН в задней полуплоскости, с границей по нормали к направлению компенсации антенны, после чего сравнивают полученное значение с величиной минимального бокового лепестка ДН в передней полуплоскости и определяют номер итерации iopt, на которой величина максимального тыльного лепестка ДН компенсированной окружности в задней полуплоскости меньше величины минимального бокового лепестка этой ДН в передней полуплоскости, и рассчитывают dopt=d0-ioptΔ.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают, в отличие от прототипа (в котором приемные элементы образуют двухслойную цилиндрическую решетку), формирование однослойной звукопрозрачной цилиндрической решетки, при этом резко сокращается число вертикальных линеек антенны при сохранении пространственной избирательности антенны.

Выбранный критерий определения расстояния между приемными элементами антенны исключает на индикаторе освещения подводной обстановки формирование ложных трасс источников сигналов тыльными лепестками ДН антенны, так как в заявляемой антенне на верхней рабочей частоте величина максимального тыльного лепестка ДН компенсированной окружности в задней полуплоскости не превышает величину минимального бокового лепестка этой ДН в передней полуплоскости.

На фиг.1 показана схема расположения элементов в антенне-прототипе (вид сверху), содержащей в каждом из 2-х своих слоев по N0 приемных элементов, разнесенных по внешней окружности на расстояние d0=c/2fmax; на фиг.2 показана схема расположения элементов в заявляемой антенне, имеющей одинаковые габаритные размеры с антенной-прототипом и содержащей Nopt=[1+N0d0/dopt] приемных элементов, здесь dopt - расстояние по окружности между приемными элементами, найденное по заявляемой итеративной процедуре; на фиг.3 показана ДН (по мощности) компенсированной окружности в горизонтальной плоскости на верхней рабочей частоте fmax=2500 Гц при числе приемников N0=32, разнесенных между собой по окружности на начальное расстояние d0=0,3 м; на фиг.4 показана ДН окружности на частоте fmax на 1-й итерации, на которой N0 элементов разнесены между собой на расстояние d0-Δ, где Δ=0,004 м - шаг итерации (Δ<<d0); на фиг.5 показана ДН окружности на частоте fmax на промежуточной 5-й итерации, на которой N0 элементов разнесены между собой на расстояние d0-5Δ; на фиг.6 показана ДН окружности на частоте fmax на последней 9-ой итерации, на которой величина максимального тыльного лепестка ДН в задней полуплоскости перестает превышать величину минимального бокового лепестка этой ДН в передней полуплоскости, при этом N0 элементов разнесены между собой на расстояние dopt=d0-9Δ=0,264 м; на фиг.7 показаны ДН на частоте fmax компенсированной окружности заявляемой антенны при числе элементов Nopt=[1+N0d0/dopt]=37 (сплошная линия), и для антенны-прототипа (пунктирная линия), имеющей одинаковые габаритные размеры с заявляемой антенной и содержащей N0 пар приемников, образующих кардиоидные ДН, при этом в радиальном направлении приемники разнесены на расстояние d0/2=0,15 м, по внешней окружности цилиндра - на расстояние d0=0,3 м и в рабочий сектор антенны входят по 6 пар приемников слева и справа относительно направления компенсации антенны; на фиг.8 для цилиндрических антенн, вертикальные линейки которых содержат по 8 приемников, разнесенных на расстояние dv=0,3 м, показана зависимость коэффициента концентрации от частоты для заявляемой антенны (число линеек Nopt=37) (сплошная линия), для антенны-прототипа (число линеек 2N0=64) (пунктирная линия) и для сплошного цилиндра с жестким цилиндрическим экраном (штриховая линия) при их одинаковых габаритных размерах; на фиг 9 показана приемная цилиндрическая антенна гидроакустической станции кругового обзора в рабочем положении; на фиг.10. показана приемная антенна в транспортном положении; на фиг 11 показана линейка приемных гидрофонов.

Заявленная приемная цилиндрическая антенна является частью гидроакустической станции (ГАС) кругового обзора известной конструкции. В транспортном положении она помещается в отделяемый при погружении в воду цилиндрический защитный кожух (на чертежах не показан). Габаритные размеры ГАС в транспортном положении: диаметр 150 мм, осевая длина 900 мм. Складывание антенны в транспортное положение, как показано на фиг.10, и разворачивание ее в рабочее, как показано на фиг.9, осуществляется известным образом, под воздействием собственного веса с помощью соединенной шарнирами рычажной системы.

На чертежах показаны приемные элементы 1, плоские пружины 2, приемная решетка 3, пьезокерамические элементы 4.

Таким образом, в рабочем положении антенна представляет собой цилиндрическую приемную решетку 3, сформированную из приемных элементов 1, размещенных на одной окружности. Каждый из приемных элементов 1 представляет собой линейку из восьми конструктивно объединенных пьезокерамических элементов 4, электрически соединенных между собой.

Конструкция антенны является ажурной, размеры образующих ее деталей в горизонтальной плоскости во много раз (на порядок) меньше длины волны, что обеспечивает ее звукопрозрачность. Защитный кожух выполнен из тонкого звукопрозрачного стеклопластика. Предлагаемая конфигурация транспортного положения обеспечивает не только компактность прибора на носителе, но и хорошие гидродинамические характеристики погружения тела на нужную глубину с высокой скоростью.

Приемные элементы 1 будучи развернутыми в рабочее положение, благодаря звукопрозрачности антенны принимают акустические колебания, приходящие с любого направления.

Результаты расчетов, представленные на фиг.3-8, подтверждают заявленные преимущества предлагаемой антенны.

Формулы для расчета ДН и коэффициентов концентрации рассматриваемых антенн имеют следующий вид (см., Справочник по гидроакустике / А.П. Евтютов, А.Е. Колесников, Е.А Корепин и др. - Л.: Судостроение, 1988, глава 8):

- ДН по мощности R2(f,α,θ) компенсированной окружности равняется:

где R(f,α,θ) - ДН антенны из N эквидистантных элементов, разнесенных по окружности на расстояние d, при равномерном амплитудном распределении и компенсации, например, в направлении , имеет следующий вид:

- ДН по мощности RK2(f,α,θ) двух встроенных компенсированных окружностей равняется:

где RK(f,α,θ) - ДН двух встроенных окружностей, содержащих по N эквидистантных элементов, при этом элементы по внешней окружности разнесены на расстояние d, радиус внутренней окружности равняется R1 и в рабочий сектор антенны входят пары элементов, образующих кардиоидные ДН, с номерами от n1 до n2, имеет следующий вид:

- коэффициент концентрации цилиндра KK1(f) с ДН его окружности R2(f,α,θ) равняется, соответственно:

где RV2(f,θ) - ДН (по мощности) образующей цилиндра, которая при размещении на ней M элементов, разнесенных на расстояние dv, имеет следующий вид:

- коэффициент концентрации цилиндра KK2(f) с ДН 2-х встроенных окружностей RK2(f,α,θ) равняется, соответственно:

- коэффициент концентрации KK3(f) сплошного цилиндра с радиусом окружности R, высотой H и жестким цилиндрическим экраном равняется, соответственно:

ДН окружности на фиг.3 - фиг.6 наглядно показывают, что на верхней рабочей частоте величина максимального тыльного лепестка ДН компенсированной окружности в задней полуплоскости перестает превышать величину минимального бокового лепестка этой ДН в передней полуплоскости на 9-й итерации, dopt=d9=0,264 м и, следовательно, для рассматриваемого примера в предлагаемой однослойной звукопрозрачной цилиндрической антенне число вертикальных линеек антенны составит Nopt=37 вместо 64 линеек в двухслойной антенне-прототипе при сохранении коэффициента концентрации антенны (см. фиг.8) и исключении формирования ложных трасс тыльными лепестками ДН антенны.

Механизм раскрытия приемно-излучающей антенны построен на использовании плоских пружин, удерживаемых в сжатом состоянии замками. Механизм действует следующим образом: защитный кожух крепится к корпусу ГАС при помощи замков, застопоренных в замкнутом состоянии проволокой из нихрома. После погружения ГАС в воду, на защитный кожух подается напряжение относительно корпуса ГАС, начинает идти электрохимическая реакция между проволокой, удерживающей замки, и корпусом. В результате, через некоторое время проволока обрывается, защитный кожух разъединяется вследствие разрушения гидростата (на чертежах не показан), под воздействием гидростатического давления соответствующей глубине погружения 30-50 м высвобождая приемные элементы 1, которые под действием плоских пружин 2 отходят в радиальных направлениях, занимая рабочее положение.

Приемная цилиндрическая антенна гидроакустической станции кругового обзора, содержащая приемные элементы, установленные в раздвижную конструкцию, выполненную с возможностью развертывания антенны из транспортного положения в рабочее и обратно, размещенные по окружности с образованием цилиндрической приемной решетки, отличающаяся тем, что конструкция антенны в рабочем положении звукопрозрачна, причем элементы цилиндрической приемной решетки размещены на одной окружности, а их число определяют из выражения Nopt=[1+N0d0/dopt],
где Nopt - число элементов цилиндрической приемной решетки;
N0 - число элементов, разнесенных между собой по окружности антенны на расстояние d0=c/2fmax;
где с - скорость звука в воде;
fmax - верхняя рабочая частота;
dopt - расстояние, рассчитываемое по итерационной процедуре, когда на каждом шаге итерации рассчитывают ДН (диаграмма направленности) компенсированной окружности на частоте fmax для N0 элементов, при этом расстояния между элементами антенны по окружности определяют из выражения di=d0-iΔ,
где di - расстояния между элементами антенны по окружности;
i - номер итерации;
Δ<<d0 - шаг итерации,
далее определяют величину максимального тыльного лепестка этой ДН в задней полуплоскости, с границей по нормали к направлению компенсации антенны, после чего сравнивают полученное значение с величиной минимального бокового лепестка ДН в передней полуплоскости и определяют номер итерации iopt, на которой величина максимального тыльного лепестка ДН компенсированной окружности в задней полуплоскости меньше величины минимального бокового лепестка этой ДН в передней полуплоскости, и рассчитывают dopt=d0-ioptΔ.



 

Похожие патенты:

Антенна // 357866

Антенна // 252412

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров звукового поля в морской среде с использованием как стационарных, так и подвижных носителей.

Изобретение относится к области гидро- и геоакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве донной кабельной антенны для проведения исследований и мониторинга сейсмоакустической эмиссии на шельфе в обеспечение инженерно-геофизических работ на морском дне.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим антеннам, и может быть использовано в гидроакустических донных или опускаемых станциях различного назначения.

Изобретение относится к области радиолокации. Достигаемый технический результат - повышение точности и сокращение времени моделирования сигнала, отраженного от земной поверхности.

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.

Ультразвуковая диагностическая система получения изображений создает изображение с расширенным полем зрения (EFOV). Трехмерный зонд для получения изображения перемещается вдоль кожи пациента над анатомией, которая должна быть введена в изображение с EFOV.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в морях, океанах, пресноводных водоемах в качестве геофизической косы для проведения исследований в обеспечении инженерно-геофизических работ на морском дне.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым диагностическим системам формирования изображений. Устройство содержит зонд, выполненный с возможностью передачи ультразвуковых волн в сердце и приема ответных эхо-сигналов, процессор изображений, реагирующий на эхо-сигналы, выполненный с возможностью производить последовательность изображений миокарда в течение, по меньшей мере, части сердечного цикла, анализатор движения миокарда, реагирующий на последовательность изображений, который определяет движение множества сегментов миокарда, процессор задействования, реагирующий на движение сегментов, который производит индикатор совокупного участия множества сегментов в процентном отношении от полного смещения миокарда во время сердечного цикла и относительных промежутков времени участия сегментов в движении миокарда относительно процентного отношения от полного смещения во время сердечного цикла, и дисплей, соединенный с процессором задействования, который отображает индикатор.

Использование: изобретение относится к медицинским диагностическим ультразвуковым системам и, в частности, к ультразвуковым системам, которые выполняют панорамную визуализацию или визуализацию с расширенным полем обзора (EFOV).

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в системах целеуказания, самонаведения и телеметрии подводных аппаратов. .

Изобретение относится к технике связи и может использоваться системами получения информации о субъекте, принимающем упругие волны. Технический результат состоит в повышении точности приема информации за счет увеличения пространственной разрешающей способности. Для этого ультразвуковое устройство для формирования изображения включает в себя зонд (302), который имеет множество элементов (301), расположенных в матрице, и преобразует принимаемые упругие волны в принимаемые сигналы, устройство содержит первый блок обработки сигналов, в котором принимаемые сигналы используются для вычисления первых выходных сигналов, соответствующих упругим волнам из целевого местоположения, второй блок обработки сигналов, в котором первые выходные сигналы для целевого местоположения используются для вычисления вторых выходных сигналов, соответствующих упругим волнам из целевого местоположения, и блок обработки изображения, в котором вторые выходные сигналы используются для образования данных изображения для отображения на устройстве воспроизведения изображения. В одном из первого блока обработки сигналов и второго блока обработки сигналов используется адаптивная обработка сигналов для вычисления первых выходных сигналов или вторых выходных сигналов. 3 н. и 6 з.п. ф-лы,11 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для оценки регургитационного потока. Система содержит ультразвуковой датчик, содержащий матрицу преобразователей, процессор изображений, доплеровский процессор, процессор для вычисления потоков, выполненный с возможностью создания модели поля скоростей потока около местонахождения регургитационного потока и устройство отображения. Способ содержит этапы, на которых формируют изображения местонахождения регургитационного потока, создают модель поля скоростей потока, получают доплеровские ультразвуковые измерения скорости кровотока, сравнивают аппроксимированные значения скоростей потока, полученные из модели, корректируют параметр модели и отображают местонахождение регургитационного потока. Изобретение позволяет улучшить точность местонахождения регургитационного отверстия клапана. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области медицины, в частности к ультразвуковой диагностической системе формирования изображений для измерения волн сдвига, которая передает побуждающие импульсы в форме энергетической полосы. Изогнутая энергетическая полоса может формировать источник волны сдвига, который фокусируется в тонкую линию, что повышает разрешение и чувствительность техники измерений, применяемой для обнаружения влияния волны сдвига. Энергетическая полоса формирует фронт волны сдвига, который является плоской волной, не подверженной 1/R-радиальному рассеиванию интенсивности побуждающего импульса, как в случае обычного побуждающего импульса, сгенерированного вдоль вектора единичного побуждающего импульса. Энергетическая полоса может быть плоской, изогнутой или иметь какую-либо иную двумерную или трехмерную форму. 15 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к гидроакустическим системам навигации подводных аппаратов. Технический результат - снижение гидродинамических шумов и расширение частотной полосы антенны в области низких частот. Антенна содержит внешнюю эластичную кабельную оболочку, армирующий силовой элемент, набор приемников, каждый из которых состоит из двух одинаковых чувствительных элементов, герметичные корпуса, содержащие электронные платы с дифференциальными усилителями и АЦП, жгут проводов цифровой линии связи и линии питания, при этом чувствительные элементы размещены в отдельных корпусах с крышками, которые также содержат герметичные контакты, причем корпуса с чувствительными элементами снабжены закрепленными на оси эластичными цилиндрическими трубками, внутри которых пропущен жгут проводов цифровой линии связи и линии питания, чувствительные элементы выполнены в виде пьезоэлектрических коаксиальных кабелей с противоположной полярностью, электростатический экран в виде сетчатой оплетки, поверх электростатического экрана на крышках корпусов установлены центрирующие втулки из эластичного материала с продольными наружными выступами, а пространство внутри эластичных трубок, а также между эластичными трубками, пьезоэлектрическими коаксиальными кабелями, электростатическим экраном и армирующим силовым элементом заполнено вязкой звукопоглощающей эластичной средой. 3 ил.

Изобретение относится к диагностическим ультразвуковым системам для трехмерной визуализации. Ультразвуковая диагностическая система визуализации содержит ультразвуковой датчик, выполненный с возможностью сбора набора данных 3-мерного изображения объемной области, блок мультипланарного переформатирования, реагирующий на набор данных 3-мерного изображения, выполненный с возможностью формирования множества 2-мерных изображений, блок задания последовательности изображений, реагирующий на 2-мерные изображения, выполненный с возможностью формирования последовательности 2-мерных изображений, которые могут быть воспроизведены в виде последовательности 2-мерных изображений стандартного формата, порт данных, связанный с блоком задания последовательности изображений, выполненный с возможностью передачи последовательности 2-мерных изображений в другую систему визуализации, и дисплей просмотра последовательностей 2-мерных изображений. Система визуализации дополнительно содержит пользовательский интерфейс управления для выбора нормального направления через набор 3-мерных данных, который содержит выбор плоскости 2-мерного изображения, проходящей через набор 3-мерных данных, причем изображения последовательности 2-мерных изображений, сформированных блоком переформатирования данных изображения, параллельны плоскости выбранной плоскости 2-мерного изображения. Использование изобретения позволяет облегчить перенос и использование данных 3-мерного изображения на других платформах для медицинских изображений. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам для уменьшения помех при применениях ультразвука. Устройство содержит устройство абляции, ультразвуковое устройство, ультразвуковой преобразователь. Устройство выполнено с возможностью формирования двух импульсов ультразвукового возбуждения, причем ультразвуковой преобразователь выполнен с возможностью ультразвукового сканирования и приема двух объединенных ультразвуковых сигналов. Каждый из принятых объединенных ультразвуковых сигналов содержит сигнал помехи, при этом один сигнал обрабатывается вместе с другим принятым объединенным ультразвуковым сигналом. Способ уменьшения помех осуществляется посредством устройства с использованием носителя информации. Изобретение позволяет улучшить ультразвуковой мониторинг на глубине абляции. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх