ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ АНТЕННА
HYDROACOUSTIC AERIAL

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении конформных антенн с поверхностью, имеющей участки двойной кривизны.
Для целей приема гидроакустических сигналов применяются различные антенны выпуклой формы, например цилиндрической или сферической (М.Д.Смарышев, Ю.Ю.Добровольский. Гидроакустические антенны. Справочник. Л.: Судостроение, 1984, стр.226, Справочник по гидроакустике. /А.П.Евтютов, А.Е.Колесников, Е.А.Корепин и др. Л.: Судостроение, 1984, стр.299, Д.И.Воскресенский, Ю.В.Котов, Ю.Я.Харланов, Е.В.Овчинникова. Антенные решетки (активные, пассивные, адаптивные, конформные, фазированные). // Антенны, выпуск 9 (112), 2006 год), в которых информация с выходов гидроакустических приемников, осуществляющих преобразование давления в электрический сигнал, передается далее к системам обработки. Основными требованиями, предъявляемыми к антеннам, являются обеспечение возможно лучшей формы характеристики направленности и высокой помехоустойчивости при приеме сигналов. Известно (М.Д.Смарышев, Ю.Ю.Добровольский. Гидроакустические антенны. Справочник. Л.: Судостроение, 1984), что для обеспечения высокого качества характеристики направленности (симметричной формы основного максимума, малого уровня добавочных максимумов) приемники в многоэлементной антенне следует располагать равномерно на одинаковом расстоянии друг от друга, не превышающем критического значения, обычно составляющего до 0,7 длины волны на верхней частоте рабочего диапазона частот. Таким образом, одним из наиболее эффективных способов достижения указанных требований является равномерное расположение датчиков на поверхности антенны.
В случае использования линейных, плоских и цилиндрических антенн сложностей с равномерным распределением гидроакустических приемников и обеспечением требуемого расстояния между ними не возникает. Однако данный тип антенн имеет недостаток, заключающийся в различном расстоянии от гидроакустических приемников до обтекателя, а также в большом занимаемом пространстве относительно количества задействованных гидроакустических приемников. Антенны с поверхностью с двойной кривизной лишены данных недостатков. Однако в них, в частности сферической и конформной, т.е. повторяющей обводы корпуса носителя (Справочник по гидроакустике. /А.П.Евтютов, А.Е.Колесников, Е.А.Корепин и др. Л.: Судостроение, 1984, стр.300), возникают проблемы с расположением на их поверхности гидроакустических приемников. В случае антенны с двойной кривизной поверхности равномерное распределение гидроакустических приемников, аналогичное линейной, плоской или цилиндрической антенне, становится невозможным. При конструировании антенн такого типа удобно использовать герметичные гибкие приемные модули, в которые конструктивно объединяется несколько приемников, связанных между собой гибким сочленением, позволяющим изменять угловое и линейное положение модулей друг относительно друга так, как это предлагается, например, в патенте РФ №2167499 от 20.05.2001 г. Наиболее простой из поверхностей с двойной кривизной является сфера. В этом случае гибкие приемные модули закрепляются на полюсах сферы, располагаясь в диаметральных плоскостях таким образом, что оси характеристик направленности гидроакустических приемников направлены по нормали к поверхности сферы (меридиональный способ). Для других поверхностей двойной кривизны сохраняется аналогичный способ формирования антенны путем прокладки гибких модулей по диаметральным плоскостям (например, патент РФ №31283 на полезную модель, опубликованный 27.07.2003 г.). Недостатком данного способа является изменение расстояния между осями соседних гибких модулей вдоль оси модулей. В частности, при креплении гибких модулей близко к полюсам сферической антенны, к экватору расстояние между осями модулей будет существенно увеличиваться.
Для частичной компенсации изменения расстояния между осями гибких приемных модулей существует решение, защищенное патентом РФ №2259643, опубликованным 27.08.2005 г. Для улучшения характеристики направленности антенны в нем предлагается разбить поверхность антенны двойной кривизны на несколько неперекрывающихся горизонтальных полос (ярусов). В каждом из ярусов гибкие модули прокладываются по поверхности формообразующего каркаса по плоскостям, перпендикулярным его поверхности (диаметральным плоскостям). В результате оси характеристик направленности приемников направлены по нормали к поверхности. Причем разбиение на ярусы и изменение числа гибких приемных модулей в каждом последующем ярусе позволяет сократить величину изменения расстояния между осями модулей. Таким образом, число гибких модулей, расположенных между двумя диаметральными плоскостями, увеличивается по направлению от полюсных областей к экваториальной области.
Решение, предлагаемое в данном изобретении, является наиболее близким изобретению по патенту РФ №2259643, опубликованному 27.08.2005 г. В этом патенте, принятом за прототип, предлагается ярусное закрепление гибких модулей. Причем внутри каждого яруса модули крепятся по линиям сечения, образуемым пересечением нормальных к поверхности формообразующего каркаса плоскостей с самим каркасом, т.е. они закрепляются меридиональным способом.
Основным недостатком прототипа является то, что крепление гибких приемных модулей в пределах яруса осуществляется меридиональным способом. Это вызывает неравномерность распределения гидроакустических приемников в пределах яруса и приводит к искажению характеристики направленности антенны и снижению, как следствие, помехоустойчивости.
Задачей изобретения является улучшение характеристики направленности и повышение помехоустойчивости заявленной антенны с формообразующим каркасом двойной кривизны.
Для решения поставленной задачи в гидроакустическую антенну выпуклой формы, состоящую из формообразующего каркаса, имеющего участки двойной кривизны и гидроакустических приемников, экранированных по тыльной поверхности, с линиями электрических коммуникаций, объединенных в гибкие линейные приемные модули, скрепленные с формообразующим каркасом равномерно по всей длине, введены следующие новые признаки: на формообразующем каркасе гибкие линейные приемные модули расположены по линиям пересечения плоскостей, перпендикулярных оси симметрии поверхности формообразующего каркаса, с поверхностью формообразующего каркаса, а каждый гидроакустический приемник закреплен на нем таким образом, что его ось характеристики направленности ориентирована перпендикулярно поверхности формообразующего каркаса.
Техническим результатом изобретения является улучшение характеристики направленности, заключающееся в уменьшении добавочных максимумов и, как следствие, в повышении коэффициента концентрации, а также улучшение симметрии главного максимума.
Вышеуказанные технические результаты достигаются благодаря заявленной схеме размещения гибких приемных модулей, которая позволяет обеспечить более равномерное распределение гидроакустических приемников на поверхности антенны (благодаря постоянному расстоянию между осями гибких приемных модулей) при расстоянии между ними меньше критического и тем самым обеспечить меньший уровень добавочных максимумов и улучшить симметрию характеристики направленности. Кроме того, благодаря вышеперечисленному улучшится коэффициент концентрации.
Сущность изобретения поясняется фиг.1, где условно показана поверхность формообразующего каркаса с двойной кривизной гидроакустической антенны, выполненного в виде параболоида. На фиг.2 показан предложенный в прототипе вариант меридионального крепления гибких приемных модулей на формообразующем каркасе для вида А с фиг.1, а на фиг.3 - вариант крепления гибких приемных модулей, предложенный в патентуемом техническом решении.
На фиг.2 и 3 показан вид А с фиг.1, причем для сравнения на фиг.2 показан случай меридионального крепления гибких приемных модулей, а на фиг.3 - способ, предложенный в данной заявке.
Гидроакустическая антенна с участком поверхности двойной кривизны (фиг.1) представляет из себя поверхность второго порядка. Поверхность (1) может быть получена путем вращения кривой второго порядка (2) вокруг некоторой оси (3), являющейся осью симметрии поверхности второго порядка. Если на кривой (2) зафиксировать произвольную точку, то при вращении кривой вокруг оси симметрии (3) точка очертит в пространстве некоторую окружность (4), такую что плоскость (5), в которой лежит данная кривая (4), будет перпендикулярна оси симметрии. Таким образом, гибкие приемные модули в соответствии со схемой, предлагаемой в данной заявке, располагаются по линиям пересечения (4) данных плоскостей (5) (на фигуре показана только одна плоскость) с поверхностью (1) формообразующего каркаса (в данном случае являющейся параболоидом). Причем расстояние между кривыми (4) обуславливается геометрическими размерами поперечного сечения гибкого приемного модуля. На фиг.2 показан вид А с фиг.1 при меридиональном расположении гибких приемных модулей (1) (условно показанных в виде жирных линий) на поверхности формообразующего каркаса с двойной кривизной (2). Каждый гибкий приемный модуль состоит из отдельных гидроакустических приемников (3), которые связаны между собой гибким соединением. Причем расстояние между гидроакустическими приемниками (3) в рамках одного гибкого приемного модуля (1) фиксировано и равно d. На фиг.3 показано расположение гибких приемных модулей, предложенное в данной заявке, согласно виду А с фиг.1. В нем гибкие приемные модули (1) расположены по линиям пересечения плоскостей, перпендикулярных оси симметрии поверхности (2) формообразующего каркаса с двойной кривизной (2). Причем расположение гидроакустических приемников (3) при такой схеме более равномерно, чем при меридиональном закреплении гибких приемных модулей.
Предложенная гидроакустическая антенна работает следующим образом. Падающая акустическая волна возбуждает гидроакустические приемники, на выходах которых вследствие этого возникает сигнал. В сигналы от разных приемников вводятся задержки, обеспечивающие формирование характеристики направленности антенны. Изменяя данные коэффициенты можно формировать характеристики направленности требуемого вида. Однако предельные возможности по формированию характеристики направленности путем формирования задержек в трактах сигналов ограничены особенностями геометрического расположения гидроакустических приемников, в частности равномерностью их распределения.
Предложенный способ установки гибких приемных модулей позволяет обеспечить более равномерное распределение гидроакустических приемников по поверхности антенны с формообразующим каркасом двойной кривизны, что позволяет улучшить характеристику направленности антенны (повысить коэффициент концентрации, улучшить симметрию главного максимума, сократить величину добавочных максимумов) и повысить помехоустойчивость.
Таким образом, задачу изобретения можно считать решенной.