Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта (ПО) на гидроакустическом полигоне. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности оценки уровня отражения тонального акустического сигнала от корпуса ПО. Способ заключается в том, что ПО направляют по прямолинейной траектории мимо гидроакустического рабочего средства измерений (РСИ). Облучают ПО акустической волной на фиксированной частоте. Осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ, отраженных от ПО. Определяют время-частотные распределения и оценку уровней отражения тонального сигнала от корпуса ПО. 4 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне.

Известен способ аналогичного назначения, заключающийся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерения (РСИ), обеспечении движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта, с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения составляющих спектра излучения движущегося подводного объекта /RU 2284484, кл. G01H 3/10, 2006/.

Данный способ принят за прототип.

В прототипе в спектре излучения подводного объекта выделяют стабильную по частоте дискретную составляющую ƒ0 и на выделенной дискретной составляющей измеряют распределение доплеровских частот ƒ(t) во времени t, определяют значение скорости подводного объекта и траверзное расстояние от подводного объекта до РСИ.

Недостатком прототипа является невозможность с его помощью проведения исследований отражательных способностей подводного объекта.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа, т.е. получение возможности оценки уровня отражения тонального акустического сигнала от корпуса подводного объекта.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известном доплеровском способе оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне, заключающемся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерений, обеспечения движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта, с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения движущегося подводного объекта, испытуемый подводный объект облучают акустической волной на фиксированной частоте, а прием доплеровского сигнала рабочим средством измерений проводят в отраженном от подводного объекта излучении, при последующей оценке уровней отражения тонального сигнала от корпуса подводного объекта.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 и 2 представлены схемы измерения вторичных физических полей для пояснения существа предложенного способа; на фиг. 3 представлена частотно-временная диаграмма для пояснения существующего способа; на фиг. 4 - частотно-временная диаграмма для пояснения работы предложенного способа.

Схема измерения параметров вторичных физических полей (фиг. 1) основана на следующем физическом явлении. Пусть в морской среде, в которой в фиксированных точках расположены источник 1 и приемник 2 звуковых волн, движется некоторый подводный объект 3.

Источник 1 (изображен светлым кружком) и приемник 2 (темный кружок) расположены в точках rs, и rγ соответственно. Источник непрерывно на фиксированной частоте ƒ0 излучает звуковую волну, которая, отразившись от движущегося объекта 3, попадает на приемник 2. Во время своего движения объект 3 создает в окружающем его пространстве поле скорости V(r,t), которое описывает обтекающий его поток жидкости.

Пусть некоторая часть принимаемой волны отразилась в момент времени t от малого элемента dΣ поверхности объекта 3, координаты которого задаются радиус-вектором ρΣ(t). Скорость этого элемента описывается величиной UΣ(t)=dρΣ(t)/dt.

В целях дальнейшего изложения вводятся три скалярных числа Маха, характеризующих рассматриваемую ситуацию: - число Маха обтекающего объект потока, - число Маха отражающего элемента, - акустическое число Маха. Здесь с - скорость звука в морской среде, max|va(r,t)| - максимальное значение колебательной скорости акустической волны, создаваемой в пространстве источником излучения.

При этом выполнены следующие условия:

1. Ma, MU, MV<<1, что означает справедливость использования линейных моделей при описании проявляющихся в рассматриваемой ситуации акустико-гидродинамических явлений.

2. Mv<<Ма при r=rs,rγ, что означает пренебрежимую малость потока обтекания объекта в точках, где расположены излучатель и приемник.

3. Постоянство во времени и пространстве скорости звука с морской среды.

4. Неизменность во времени реологических характеристик (то есть упруго-пластичных свойств) элемента поверхности dΣ.

Тогда частота сигнала, отраженного от элемента dΣ, в момент времени t и пришедшего на приемник, определяется выражением

и описывает эффект Доплера, возникающий при отражении звуковой волны от движущегося отражающего элемента при неподвижных источнике и приемнике.

Полный отраженный сигнал, поступающий на приемник, представляет собой интеграл по всей поверхности Σ рассеивающего объекта. Отраженные сигналы от разных элементов dΣ, поверхности поступают на приемник с разными частотами и различными временными задержками. Но если за время прохода объекта максимальная скорость его элементов поверхности ограничена некоторой величиной , то во все моменты времени спектр отраженного сигнала, пришедшего на приемник, будет заключен в пределах

С учетом того, что, как уже обусловливалось выше, U/c<<1, соотношение (2) допускает приближенную запись

Таким образом, спектр сигнала, поступающего на приемник, заведомо лежит в пределах, определяемых соотношением (3).

Помимо отраженного от объекта сигнала, на приемник поступает прямой сигнал от излучателя, частота которого неизменна и равна ƒ0. Если полный сигнал, поступивший на приемник, подвергнуть полосовой фильтрации с центральной частотой полосы ƒ0 и шириной , то на выходе приемного тракта сформируется сигнал, обусловленный только отражением от движущегося объекта, спектр которого лежит в пределах

На изложенных выше физических свойствах приема отраженного сигнала от движущегося объекта 3 с использованием эффекта Доплера основана схема измерения параметров вторичных полей, приведенная на фиг. 2.

Если бы отражатель представлял собой малую плоскую пластину, движущуюся вдоль направления оси x со скоростью u=-Uex, то частота ƒ' сигнала, пришедшего на k-тый приемник, оказалось бы связанной с частотой излученного сигнала ƒ0 соотношением

Так как отражающий объект находится в движении, то углы θs и θrk являются функциями времени. В системе отчета времени, связанный с часами, расположенными на отражающем объекте, в каждый момент времени ракурсное положение определяется соотношением

где x(t)=х0-Ut, где x0 - положение отражателя в момент времени t=0.

Подстановка (6) в (5) определяет частоту отраженного сигнала на приемнике соотношением

представляющим собой известную функцию времени при известных параметрах движения отражателя.

Учет радиального ослабления сигнала в рамках модели сферической волны позволяет в грубом приближении определить вклад в принимаемое давление на частоте ƒ' выражением

На фиг. 3 представлен сигнал на приемнике, как функция времени и (соответствующей этому времени) частоты ƒ'. Вычисления проводились по формулам (7, 8) для H=50 м, L=0, xr=-50 м, x0=500 м, U=5 м/c во временном диапазоне t∈[0...200 с]. Частота излучения ƒ0=1000 Гц.

Полученная временно-частотная зависимость позволяет с помощью фильтрации в узкой полосе, окружающей частоту ƒ0 излучателя, отстроиться от прямого сигнала, приходящего на приемник, и, как результат, измерять характеристики вторичных акустических полей, отраженных от исследуемого объекта.

Приведенные оценочные результаты получены для модели отражателя малых геометрических размеров.

Способ реализуется следующим образом.

Испытуемый подводный объект 3 движется по прямолинейной траектории с равномерной скоростью курсом к РСИ 2 (фиг. 2).

При этом испытуемый подводный объект 3 облучают акустической волной на фиксированной частоте ƒ0 при помощи излучателя 1, и осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ 2 в отраженном от корпуса подводного объекта 3 излучения.

На фиг. 4 представлен вид время-частотного распределения в отраженном от корпуса подводного объекта излучении, которую (совместно с проходной характеристикой) используют для оценки уровней отражения тонального акустического сигнала от корпуса подводного объекта. Чем достигается поставленный технический результат.

Доплеровский способ оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне, заключающийся в размещении на полигоне гидроакустического рабочего средства измерений, обеспечении движения по прямолинейной траектории испытуемого подводного объекта, с равномерной скоростью относительно рабочего средства измерений, приеме рабочим средством измерений доплеровского сигнала от движущегося подводного объекта и последующей обработке принятого доплеровского сигнала, в результате которой определяют время-частотные распределения движущегося подводного объекта, отличающийся тем, что испытуемый подводный объект облучают акустической волной на фиксированной частоте, а прием доплеровского сигнала рабочим средством измерений проводят в отраженном от подводного объекта излучении, при последующей оценке уровней отражения тонального сигнала от корпуса подводного объекта.



 

Похожие патенты:

Малогабаритное универсальное подводное гидроакустическое устройство - это комплекс совмещенных приборов гидроакустической станции звукоподводной связи, реализующий также функцию пассивного пеленгатора, и активного гидролокатора, которое предназначено стать частью экипировки водолазов и дайверов.

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съемке рельефа дна акватории.

Изобретение относится к области гидроакустики и может использоваться в гидролокационных устройствах обнаружения подводных объектов, предназначенных для использования в районах с высоким уровнем реверберационных помех в условиях мелководья, сложного рельефа дна и волнения водной поверхности.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам измерения с использованием сдвиговой волны. Ультразвуковая система для измерения свойства исследуемой области у субъекта с использованием сдвиговой волны содержит ультразвуковой зонд, выполненный с возможностью последовательно передавать, в каждое из множества фокусных пятен в исследуемой области, толкающий импульс для генерации сдвиговой волны, причем каждое из множества фокусных пятен имеет взаимно отличающееся значение глубины, и принимать ультразвуковые эхо-сигналы смежно с каждым из множества фокусных пятен, детектор сдвиговых волн, который указывает свойство, которое генерируемая сдвиговая волна имеет в фокусном пятне, и средство оценки свойства, выполненное с возможностью оценивать второй параметр, который указывает на свойство исследуемой области, в качестве функции извлекаемых первых параметров во множестве фокусных пятен.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения локального объекта в условиях наличия распределенных помех различного происхождения.

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно к разработке конструкций донных гидроакустических систем. Технические результаты данного изобретения достигаются за счет использования для передачи информации от модульных антенн и системы приема и обработки информации волоконно-оптического кабеля, соединительные блоки которого выполнены в виде гермовводов, обеспечивающих преобразование электрического сигнала в оптический и наоборот.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения газовой пелены, определения глубины местоположения начала утечек газа трубопроводов гидроакустическими средствами.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических приемников, установленных на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматического обнаружения эхосигналов, принятых гидролокатором на фоне шумовой и реверберационной помехи и измерения параметров, объекта.

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для автоматического обнаружения и классификации реальных объектов гидролокационными системами освещения ближней обстановки на фоне реверберационной помехи.

Гидролокатор с трактом прослушивания эхо-сигналов относится к гидроакустической технике и может быть использован для точного преобразования спектра эхо-сигналов целей, обнаруженных активным гидролокатором, и их классификации на слух оператором гидролокатора. Задача предлагаемого изобретения состоит в точном преобразовании спектра эхо-сигнала и удобном его представлении для оператора гидролокатора в виде выходной звуковой информации, обеспечивающем повышение достоверности классификации целей на слух. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в точном преобразовании спектра эхо-сигнала цели гидролокатора к виду, наиболее удобному для восприятия оператором для классификации эхо-сигналов на слух. Для обеспечения указанного технического результата в него введены многоканальный аналого-цифровой преобразователь, формирователь характеристики направленности, блок выделения и хранения огибающей эхо-сигнала цели, блок управления и синхронизации, блок переноса спектра эхо-сигнала цели, излучатель акустических колебаний, причем блок переноса спектра состоит из умножающего четырехквадратного цифро-аналогового преобразователя и регулируемого по частоте генератора синусоидального напряжения. 3 ил.

Гидроакустический способ управления торпедой, содержащий выпуск торпеды, которая излучает зондирующие сигналы через фиксированные промежутки времени, прием эхосигналов гидролокатором освещения ближней обстановки, выделение классификационных признаков, определение класса объекта, формирование сигналов управления, используются одновременно две торпеды, выпускаемые в сторону цели, первая из которых начинает излучать зондирующие сигналы через фиксированные интервалы времени после выпуска второй торпеды в направлении на цель, управление которой осуществляется по проводам, приемный тракт второй торпеды принимает отраженные от цели эхо-сигналы, передает на гидролокатор освещения ближней обстановки, который корректирует движение второй торпеды. 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для измерения скорости звука гидролокатором по трассе распространения до цели. Полученная оценка скорости звука позволит повысить достоверность при определении основных параметров цели. Предложен способ определения скорости звука по трассе распространения до цели, содержащий излучение зондирующего сигнала постоянной длительности через постоянные промежутки времени Т, прием эхосигнала осуществляют приемным устройством, определяют скорость Vсоб движения носителя приемного устройства, прием эхосигнала и измерение его параметров производят статически веером горизонтальных характеристик направленности с шириной характеристики направленности Q° не больше 2°, определяют время излучения первого зондирующего сигнала tиз1, измеряют время приема первого эхосигнала tпр1 и номер характеристики направленности N1, определяют скорость сближения, принимают решение о подвижности цели, скорость звука по трассе для неподвижной цели определяют по формуле Ср=2VсобТ/{(tпр1-tпр2)+T)}, а скорость звука по подвижной цели определяют по формуле , где Δt={(tиз1-tпр1)-(tиз2-tпр2)}. 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для автоматического обнаружение цели, определения ее параметров при использовании зондирующих сигналов большой длительности на фоне реверберационных помех. Предложен способ, содержащий излучение зондирующего сигнала длительностью Т на известной частоте Fизлуч, прием эхосигнала в смеси с шумовой помехой гидроакустической антенной, дискретизацию электрического сигнала на выходе гидроакустической антенны, набор длительностью Т приемным устройством дискретизированных отсчетов, определение энергетического спектра с помощью процедуры быстрого преобразования Фурье БПФ, определение энергетического спектра каждого набора, производится последовательный анализ выделенных спектров, определяется коэффициент корреляции между ними, суммирование и после обработки определяются параметры обнаруженных эхосигналов. Таким образом, используя последовательные корреляционные свойства эхосигнала и отсутствия этих свойств у помехи, обнаруживает детерминированный сигнал на фоне распределенной помехи, а суммирование последовательных спектров повышает отношение сигнал/помеха. Это позволяет производить автоматическое обнаружение цели, определение ее параметров при использовании зондирующих сигналов большой длительности на фоне реверберационных помех. 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта на гидроакустическом полигоне. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности оценки уровня отражения тонального акустического сигнала от корпуса ПО. Способ заключается в том, что ПО направляют по прямолинейной траектории мимо гидроакустического рабочего средства измерений. Облучают ПО акустической волной на фиксированной частоте. Осуществляют прием доплеровского сигнала РСИ, отраженных от ПО. Определяют время-частотные распределения и оценку уровней отражения тонального сигнала от корпуса ПО. 4 ил.

Наверх