ГИБКАЯ ПРОТЯЖЕННАЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ ЦИФРОВАЯ КАБЕЛЬНАЯ АНТЕННА
FLEXIBLE ELONGATED HYDROACOUSTIC DIGITAL CABLE ANTENNA

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим системам навигации подводных аппаратов, и может быть использовано при разработке гибких буксируемых антенн в системах шумопеленгования надводных кораблей и подводных лодок.
Известно устройство гибкой протяженной гидроакустической антенны, содержащее наружную герметичную оболочку из поливинилхлорида, внутри которой расположен силовой элемент в виде якоря-фала с концевым телом, датчики курса и глубины, антенные модули в виде расположенных вдоль оси гидрофонов из пьезокерамики, соединенные с блоком фильтрации и усиления, блоки частотного или временного уплотнения и линию связи. (Ю.А.Корякин и др. ФГУП «ЦНИИ» Морфизприбор», Корабельная гидроакустическая техника, изд-во «Наука» Санкт-Петербург, 2004 г., стр.191-193).
Недостатками известного устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики, а также необходимость использования большого количества каналов передачи информации.
Известно устройство гибкой протяженной гидроакустической антенны, в которой сокращено количество каналов передачи информации за счет того, что она содержит ряд объединенных в одном шланге линейных эквидистантных субантенн, в каждую из которых входят гидроакустические преобразователи, фазовые центры которых размещены на расстоянии, равном половине длины волны верхней частоты диапазона субантенны, предварительные усилители и линии передачи информации к бортовой аппаратуре, при этом каждый преобразователь, усилитель и линия передачи соединены последовательно, образуя приемный канал, а каждая субантенна поделена на определенное число эквидистантных групп с определенным числом приемных каналов в группе (Патент РФ №1840453 А1, МПК G01S 7/52, 2006 г.).
Недостатками этого устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому устройству является известная гибкая протяженная гидроакустическая цифровая кабельная антенна, содержащая силовой элемент в виде кевларового троса, кабель питания и кабель линии связи с изоляцией из полихлорвинила, чувствительные элементы и электронные блоки, расположенные с определенным интервалом вдоль антенны, причем каждый электронный блок подключен к кабелю питания и содержит размещенные на плате последовательно соединенные малошумный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок подготовки и передачи информации, при этом вход малошумного усилителя соединен с выходом чувствительного элемента, а выход блока подготовки и передачи информации соединен с линией связи, причем кабель питания и кабель линии связи выполнен в виде единого кабеля из двух витых пар проводников, кевларовый трос прикреплен к этому кабелю на скользящей посадке, чувствительные элементы выполнены в виде пьезокерамических цилиндров, платы электронных блоков размещены в металлических корпусах, на кабель надет армированный рукав, который склеен с ним с использованием термообжатия, места присоединения проводов к жилам кабеля вместе с чувствительным элементом, корпусом электронного блока и концами рукава залиты эластичным полимерным компаундом, поверх которого размещена термоусадочная трубка (Цифровая кабельная антенна, Сборник трудов ИПФ РАН, Нижний Новгород, Изд-во ИПФ РАН, 2002 г., стр.50-57).
Недостатками этого устройства являются неудобства при операциях постановки и выборки антенны из-за большого диаметра и веса, наличия выступающих за пределы кабеля гидрофонов и крепления силового элемента снаружи кабеля, нестойкость к ударным нагрузкам из-за хрупкости пьезокерамики, а также повышенный уровень гидродинамических шумов из-за малого продольного размера чувствительных элементов.
Техническим результатом, достигаемым предложенным изобретением, является снижение уровня гидродинамических шумов, повышение стойкости к ударным нагрузкам, повышение удобства при операциях постановки и выборки антенны.
Технический результат достигается за счет того, что гибкая протяженная гидроакустическая цифровая кабельная антенна, содержащая силовой элемент в виде троса, кабель питания и кабель линии связи, чувствительные элементы и электронные блоки, расположенные с определенным интервалом вдоль антенны, причем каждый электронный блок подключен к кабелю питания и содержит размещенные на плате последовательно соединенные малошумный усилитель, аналого-цифровой преобразователь и блок подготовки и передачи информации, при этом входы малошумных усилителей соединены с соответствующими выходами чувствительных элементов, а выходы блоков подготовки и передачи информации соединены с линией связи, снабжена размещенными вдоль оси отрезками кордовых элементов в виде круглых жил, силовой элемент размещен в центре антенны, чувствительные элементы выполнены в виде протяженных отрезков кабеля из эластичного пьезоэлектрического материала, имеющих длину, равную длине отрезков кордовых элементов, кабель питания и кабель линии связи выполнены каждый из двух витых проводников, при этом кабель питания, кабель линии связи, кабель чувствительного элемента и жилы отрезков кордового элемента выполнены одинакового диаметра с силовым элементом, расположены вокруг него равномерно по окружности и закручены вокруг его оси, в промежутках между отрезками кордовых элементов и отрезками кабеля из эластичного пьезоэлектрического материала расположены платы электронных блоков, а все элементы антенны помещены во внешнюю герметизирующую кабельную оболочку, при этом платы электронных блоков выполнены закрученными вдоль продольной оси в соответствии с геометрией закрученных отрезков кордовых элементов отрезков кабелей из эластичного пьезоэлектрического материала.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 представлен вертикальный разрез отрезка антенны и виды ее справа и слева со снятой частью внешней кабельной оболочки, на фиг.2 для большей наглядности представлена упрощенная схема отрезка антенны, развернутой на плоскость. Гибкая протяженная гидроакустическая цифровая кабельная антенна содержит чувствительные элементы 1, выполненные в виде протяженных отрезков кабеля из эластичного пьезоэлектрического материала, расположенные с определенным интервалом вдоль антенны, кабель линии связи 2, кабель питания 3, отрезки кордовых элементов 4 в виде круглых жил, силовой элемент в виде троса 5, внешнюю герметичную кабельную оболочку 6, в которую помещены все элементы антенны, платы 7, на которых размещены электронные блоки, включающие последовательно соединенные малошумный усилитель 8, аналого-цифровой преобразователь 9 и блок подготовки и передачи информации 10, при этом входы усилителей 8 подключены к соответствующим выходам протяженных отрезков кабеля из эластичного пьезоэлектрического материала 1, а выходы блоков подготовки и передачи информации 10 подключены к входам кабеля линии связи, причем силовой элемент 5, кабель питания 3, кабель линии связи 2, кабель чувствительного элемента 1 и жилы отрезков кордового элемента 4 выполнены одинакового диаметра с силовым тросом, расположены вокруг него равномерно по окружности и закручены вокруг его оси, а в промежутках вдоль оси антенны между отрезками кордовых элементов 4 и отрезков чувствительных элементов 1 расположены платы электронных блоков 7 (на фиг.2 показаны условно). Для уменьшения внешнего диаметра антенны платы электронных блоков также могут быть выполнены закрученными вдоль продольной оси антенны в соответствии с геометрией скрученных отрезков кордовых элементов 4 и чувствительных элементов 1.
Устройство работает следующим образом. При расположении антенны в воде на чувствительные элементы 1 падают акустические волны, создавая за счет пьезоэффекта электрические сигналы на их выходах. Эти сигналы усиливаются соответствующими малошумящими усилителями 8, оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями 9 и передаются через блоки подготовки и передачи информации 10 по линии связи 2 к бортовой аппаратуре обработки. Расположение троса 5 в центре и скручивание вокруг него кордовых элементов 4, пьезоэлектрического кабеля 1, кабеля питания 2 и кабеля линии связи 3 позволяют расположить платы 7 с электронными блоками в центральных частях антенны и обеспечить нанесение внешней герметизирующей оболочки 6 по кабельной технологии, что позволяет изготовить антенну без выступающих частей в виде единого кабеля и снизить существенно гидродинамические помехи.
Достоинства антенны проявляются при ее эксплуатации также за счет использования чувствительных элементов 1, выполненных в виде протяженных отрезков кабеля из эластичного пьезоэлектрического материала, которые при движении воды относительно антенны или антенны относительно воды имеют за счет протяженности на порядок и более низкие гидродинамические шумы, т.к. радиус корелляции этих помех меньше длины отрезков чувствительных элементов, и гидродинамические помехи усредняются. За счет эластичности пьезоэлектрического материала (пьезокомпозита - смеси пьезокерамического порошка и эластичного связующего материала или эластичного пьезоэлектрика, например поливинилиденфторида (ПВДФ)) антенна менее подвержена по сравнению с хрупкой пьезокерамикой угрозам разрушения при силовых воздействиях на нее, а также допускает существенно меньший радиус обратимого изгиба (до 0,3 м) и может наматываться на барабан меньшего радиуса. За счет меньшей плотности эластичных пьезоматериалов антенна легче и может иметь в несколько раз меньший диаметр, чем антенны на основе пьезокерамики, занимая при той же длине в несколько раз меньший объем. При использовании более легких и тонких антенн при буксировке требуется меньшая сила, а следовательно, достаточны маломерные суда для работы с такими антеннами, что составляет большую экономию средств на соответствующие дорогостоящие геофизические работы.