ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЕ ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО

Класс МПКG01S3/00, G01S3/86, Н04ВЗ/23.
Название. Гидроакустическое приемное устройство.
Область техники. Гидроакустика, гидроакустические приемные устройства: шумопеленгаторных, гидролокационных станций и аппаратуры обнаружения гидролокационных сигналов.
Уровень техники. Характеристика аналога. Известна конструкция гидроакустического приемного устройства, приведенная на стр. 27-28 в кн. Ill и состоящая из цилиндрической многоэлементной акустической антенны, содержащей большое количество приемных элементов, а также состоящая из предварительных усилителей, компенсатора, усилителя, фазового детектора, усилителя сигнала рассогласования и индикатора. Известны конструкции круговых, цилиндрР1ческих и сферических многоэлементных приемных антенн ( см. стр.300 в кн./1/, а также в кн./2/ ), которые можно объединить термином антенны формы постоянного радиуса вращения, особенностью которых является наличие единого геометрического, фазового центра иначе говоря равноудаленного от всех приемных элементов такой антенны, если разместить в таком центре излучатель, то ко всем приемникам данной антенны сигнал будет поступать в фазе.
Характеризуя аналог, следует отметить, что такое устройство не обеспечивает компенсации вибрационной помехи, что снижает эффективность приема полезных сигналов.
Характеристика прототипа. Наиболее близким аналогом к заявляемому устройству выбрана конструкция гидроакустического приемного устройства, описанного на стр. 254-259 в кн. /3/, состоящая из многоэлементной приемной антенны цилиндрической формы (формы постоянного радиуса вращения), пр арительных усилителей, многоканального блока пространственно-временной обработки сигналов соединенного через многоканальный блок частотно-временной обработки сигналов с блоком отображения информации, регистрации данных и
2Ш01Ш616
,- .  ,..j lO . -О   о -i     .
управления. Схема приведена на стр. 257, в которой наиболее полно приведены основные элементы современных гидроакустических приемных устройств: шумопеленгаторных станций, приемных трактов гидролокаторов и других. При этом как указано в /2/ и на стр. 6 в кн. /4/ в состав устройств как правило включен обтекатель акустической антенны. Однако он удален от элементов антенны и обычно не повторяет ее (антенны) форму /2/. В роли прототипа можно было использовать тракт пассивного режима блок-схемы гидролокационной системы, приведенной на стр. 430 в кн. /5/.
Критика прототипа. Приведенные технические решения не защищены от вибрационной помехи.
Известны конструкции устройств, реализуюпщх активные и пассивные методы борьбы с вибрацией (см. стр. 154, 223-224 в кн. /6/, стр. 141-142 в кн. /7/). Все они основаны на принципе введения в туже область колебаний того же типа, но в противофазе см. стр. 223 /6/. Однако эффективность такого способа не велика так как не учитывается широкополостность вибрационной помехи.
Цель. Повышение эффективности гидроакустического приемного устройств путем снижения уровня вибрационной помехи. Суцщость. Поставленная цель достигается за счет:
1. введения в состав устройства: второго обтекателя с формой постоянного радиуса вращения, соответствующей геометрической форме многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения, на расстоянии, равном половине длинны волны дополнительно внесенного высокочастотного излучателя, расположенного в центре многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения, а также донолнительно включены в состав устройства: генератор высокочастотных колебаний с возмсщностью регулрфовки частоты, N ( по количеству приемников) усилителей высоких частот, N
блоков регулируемой временной задержки, N амплитудных детекторов и N блоков сравнения.
2. Новых связей: гидроакустическое приемное устройство, содержащее обтекатель, многоэлементную приемную антенну формы постоянного радиуса вращения, предварительные усилители, многоканальный блок пространственно-временной обработки сигналов, соединенный через многоканальный блок частотно-временной обработки сигналов с блоком отображения информации, регистрации данных и управления, отличающееся тем, что многоэлементная приемная антенна формы постоянного радиуса вращения помещена в дополнительно внесенный второй обтекатель с формой постоянного радиуса вращения, соответствующей геометрической форме многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения на расстоянии половины длинны волны высокочастотных колебаний дополнительно внесенного высокочастотного излучателя, расположенного в центре многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения, при этом данный излучатель подключен к дополнительно внесенному генератору высокочастотных колебаний с возможностью регулировки частоты, кроме того вход каждого предварительного усилителяи выход
соответствующего ему приемного элемента подключены через дополнительно внесенные и последовательно соединенные: блок регулируемой временной задержки, усилитель высоких частот, амплитудный детектор на вход вычитаемого дополнительно внесенного блока сравнения, вход уменьшаемого которого соединен с выходом соответствующего предварительного усилителя, кроме того выход каждого дополнительно внесенного блока сравнения соединен с соответствующим входом многоканального блока пространственновременной обработки сигналов.
антенны формы постоянного радиуса вращения и обеспечивает на его поверхности однородность акустического поля создаваемое излучением дополнительно внесенного высокочастотного излучателя, полезный сигнал проходит через него беспрепятственно и поступает на приемные элементы, на которые воздействует и вибрапионная помеха. В направлении дополнительно внесенного второго экрана производится излучение дополнительно внесенным высокочастотным излучателем с частотой, регулируемой по критерию достаточно большого индекса модуляции, что необходимо для оптимальной работы дополнительно внесенного амплитудного детектора. При этом данный дополнительно внесенный высокочастотный излучатель расположен в геометрическом (фазовом) центре многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения, что обеспечивает одинаковые условия взаимодействия высокочастотного сигнала и широкополосной вибрационной помехи на поверхности дополнительно внесенного второго обтекателя, а значит и одинаковый эффект компенсации вибрационной помехи во всех каналах схемы построенной вокруг предварительных усилителей. Коэффициент отражения высокочастотного сигнала от дополнительно внесенного второго обтекателя близок к единице. Генератор высокочастотных колебаний выполнен с возможностью регулировки частоты, чтобы обеспечить соблюдения постоянства большой величины индекса модуляции, получаемой в результате колебаний дополнительно внесенного второго обтекателя под воздействием вибрации и расстояния в половину длинны волны высокочастотных колебаний между многоэлементной приемной антенной формы постоянного радиуса вращения и дополнительно внесенным вторым обтекателем, в случае изменения скорости распространения акустических колебаний в воде (от температуры или давления). Чтобы исключить перегрузку приемных элементов данной приемной антенны отражатель располагается на расстоянии половины длинны волны высокочастотных колебаний, прямой
не модулированный сигнал донолннтельно внесенного высокочастотного излучателя и промодулированный вибрационной номехой отраженный от дополнительно внесенного второго отражателя приходят на приемный элемент в противофазе. При этом произойдет повышение индекса модуляции за счет подавления несущей. Это позволяет избавиться от перегрузки приемного тракта, состоящего из указанных выше многоканальных блоков пространственно-временной и частотновременной обработки сигналов.
В результате заявляемое устройство может быть описано следующей формулой полезной модели: гидроакустическое приемное устройство, содержащее обтекатель, многоэлементную приемную антенну формы постоянного радиусавращения, предварительные усилители,
многоканальный блок пространственно-временной обработки сигналов, соединенный через многоканальный блок частотно-временной обработки сигналов с блоком отображения информации, регистрации данных и управления, отличающееся тем, что многоэлементная нриемная антенна формы постоянного радиуса враще1гая помещена в дополнительно внесенный второй обтекатель с формой постоянного радиуса вращения, соответствующей геометрической форме многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения на расстоянии половины длинны волны высокочастотных колебаний дополнительно внесенного высокочастотного излучателя, расположенного в центре многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения, при этом данный излучатель подключен к дополнительно внесенному генератору высокочастотных колебаний с возможностью регулировки частоты, кроме того вход каждого предварительного усилителя и выход соответствующего ему приемного элемента подключены через дополнительно внесенные и последовательно соединенные: блок регулируемой временной задержки, усилитель высоких частот, амплитудный детектор на вход вычитаемого дополнительно внесенного блока сравнения, вход уменьшаемого которого
соединен с выходом соответствующего предварительного усилителя, кроме того выход каждого дополнительно внесенного блока сравнения соединен с соответствующим входом многоканального блока пространственно-временной обработки сигналов.
Именно заявляемая совокупность существенных признаков и новые связи позволили обеспечить достижение цели полезной модели.
Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию «новизна. При  других известных техничесютх решений в данной области техники признаки, отличающее заявляемое от прототипа. Не были выявлены и потому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию «существенные отличия.
Перечень фигур.На фиг. 1 изображена структурная схема
гидроакустического приемного устройства, где обозначены:
1.обтекатель;
2.многоэлементная приемная антенна формы постоянного радиуса вращения;
3.приемный элемент;
4.предварительный усилитель;
5.многоэлементный блок пространственно-временной обработки сигналов;
6.многоэлементный блок частотно-временной обработки сигналов;
7.блок отображения информации, регистрации данных и управления;
8.дополнительно внесенный второй обтекатель с формой постоянного радиуса вращения;
9.расстояние половины длинны волны высокочастотных колебаний;
10.дополнительно внесенный высокочастотный излучатель, расположенный в центре многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения;
11.дополнительно внесенный генератор высокочастотных колебаний с возможностью регулировки частоты;
12.дополнительно внесенный блок регулируемой временной задержки;
13.дополнительно внесенный усилитель высоких частот;
14.дополнительно внесенный амплитудный детектор;
15.дополнительно внесенный блок сравнения (блок разности). Пример выполнения. Гидроакустическое приемное устройство,
содержащее обтекатель 1, многоэлементную 2 приемную антенну формы постоянного радиуса вращения, с приемными 3 элементами, предварительные 4 усилители, содержащее многоканальный блок 5 пространственно-временной обработки сигналов, соединенный через многоканальный блок 6 частотно-временной обработки сигналов с блоком 7 отображения информации, регистрации данных и управления, дополненный тем, что многоэлементная приемная 2 антенна формы постоянного радиуса вращения помещена в дополнительно внесе1шый второй 8 обтекатель с формой постоянного радиуса вращения, соответствующей геометрической форме многоэлементной 2 приемной антенны формы постоянного радиуса вращения на расстоянии 9 половины длинны волны высокочастотных колебаний дополнительно внесенного высокочастотного 10 излучателя, расположенного в центре многоэлементной 2 приемной антенны формы постоянного радиуса вращения, при этом данный излучатель подключен к дополнительно внесенному генератору 11 высокочастотных колебаний с возможностью регулировки частоты, кроме того вход каждого предварительного 4 усилителя и выход соответствующего ему приемного 3 элемента подключены через дополнительно внесенные и последовательно соединенные: блок 12 регулируемой временной задержки, усилитель 13 высоких частот, амплитудный 14 детектор на вход вычитаемого дополнительно внесенного блока 15 сравнения, вход уменьшаемого которого соединен с выходом соответствующего предварительного 4
усилителя, кроме того выход каждого дополнительно внесенного блока 15 сравнения соединен с соответствующим входом многоканального блока 5 пространственно-временной обработки сигналов.
Устройство работает следующим образом.
Полезный низкочастотный сигнал вместе с вибрационной помехой поступает с приемного 3 элемента на предварительный 4 усилитель. Высокочастотный сигнал дополнительно введенного генератора 11 высокой частоты с возможностью регулировки частоты поступает на дополнительно внесенный высокочастотный10 излз атель,
расположенный в геометрическом (фазовом) центре многоэлементной приемной антенны формы постоянного радиуса вращения и излучается в воду. При этом данный высокочастотный сигнал хорошо отражается от дополнительно внесенного второго 8 обтекателя с формой постоянного радиуса вращения, причем форма соответствует форме многоэлементной приемной 2 антенны. Отраженный высокочастотный сигнал за счет механической модуляции или иначе говоря за счет вибрационных колебаний дополнительно внесенного второго 8 обтекателя с формой постоянного радиуса вращения становится промодулированным вибрационной помехой. Таким образом частотный спектр вибрационной помехи как бы повторился, но уже в высокочастотной области спектра. Прямой сигнал данного 10 излучателя и отраженный сигнал от дополнительно внесенного второго 8 обтекателя на приемных элементах складываются в противофазе. В результате энергоемкая несущая высокочастотного сигнала дополнительно внесенного высокочастотного 10 излучателя компенсируется, в высокочастотной области формируется не искаженный спектр вибрационной помехи, остается выделить её огибающую и вычесть из суммы полезного сигнала и вибрационной помехи поступаюей на вход уменьшаемого дополнительно внесенного блока 15 сравнения.
Пройдя через дополнительно внесенные: блок 12 регулируемой временной задержки (обеспечивающий условие синфазности аддитивной смеси полезного сигнала с вибрационной помехой и вибрационной высокочастотной составляющей помехи), усилитель 13 высоких частот вибрационная высокочастотная (смещенная в область высоьсих частот) составляющая вибрационной помехи поступает на дополнительно внесенный 14 амплитудный детектор, на выходе которого формируется огибающая вибрационной помехи и подается на вход вычитаемого дополнительно внесенного блока 15 сравнения. В итоге на выходе дополнительно внесенного блока 15 сравнения остается чистый полезный сигнал, то есть сигнал без вибрационной помехи, но возможно он запгумлен и другими помехами, но это уже другая задача и с ней можно бороться в следующих блоках данного устройства известными методами. Примером реализуемости функциональных элементов заявляемого устройства являются следующие известные аналоги:
-элементы 1-4 аналогичны соответствующим элементам прототипа;
-элемент 8 обтекатель выполнен аналогично элементу 1 и отличается формой и расстоянием 9 до приемных 3 элементов;
элемент 10 известной конструкции из пьезокерамики описан в кн. /1, 2, 4/;
-элемент 11 - генератор высокочастотных колебаний известной конструкции, например ГЗ-110;
-элемент 12 - блок регулируемой временной задержки известной конструкции /9,10/;
-элемент 13 - усилитель высоких частот известной конструкции приведен в кн./2. 4, 6/;
-элемент 14 - амплитудный детектор описан в кн. /9,10/;
-элемент 15 приведен в кн. /9,10/.
приемное гидроакустическое устройство, что позволяет повысить эффективность выделения полезного сигнала.
с(1.
Библиографические данные:
1.Справочник по гидроакустике/А.Е. Евтютов, А.Е. Колесников, Е.А. Корепин и др. -Л.: Судостроение, 1988.-552 с.
2.Урик Р.Д. Основы гидроакустики. Пер. с англ. -Л.: Судостроение, 1978.
3.Теория гидроакустики и цифровая обработка сигналов: Учеб. Пособие для вмузов. Часть 2.-Л.: ВВМУРЭ им. А.С. Попова, 1991.-416 с.
4.Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин С.Е. Гидроакустические средства связи и наблюдения.- Л.: Судостроение, 1982.-200 с.
5.Оппенгейм Э.М. Применение цифровой обработки сигналов. Пер. с англ. -М.: Мир, 1980.-552 с.
6.Колесников А.Е. Шум и вибрация: Учебник.-Л.: Судостроение, 1988.-248 с.
7.Кравчун П.П. Генерация и методы снижения шума и звуковой вибрации.- М.: Изд-во МГУ, 1991.-184 с.
8.Бендат Д., Пирсол А. Прикладной анализ случайных данных. Пер с англ. - М.: Мир, 1989. - 540 с.
9.Гусев В.Т., Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высшая школа, 1991. 530с.
10.Гоноровский И.С., Демин М.П. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. Пособие для вузов - М.: радио и связь. 1994.-480 с.
Авторы, заявитф1и:
С.П. Павлико  П. Крючков,
24 февраля 2000 г. ,..0.. Колмогоров,  Сенченко