Параметрическая приемная антенна

Полезная модель относится к гидроакустическим системам освещения подводной обстановки.

Устройство состоит из двух акустических антенн, которые выполнены приемо-излучающими, генераторного устройства и системы обработки, а также двухпозиционного переключателя. В первом положении переключатель соединяет генераторное устройство с первой антенной, а вторую антенну с системой обработки. При этом формируется диаграмма направленности параметрической приемной антенны (ДН ППА), максимум которой обращен в направлении 0°. Когда переключатель находится во втором положении, генераторное устройство соединено со второй антенной, а система обработки - с первой антенной. При этом формируется ДН ППА, максимум которой обращен в направлении 180°. Таким образом, ППА формирует двухлучевую ДН и в два раза увеличивается сектор обзора.

Полезная модель может быть использована подвижных и стационарных системах наблюдения за подводной обстановкой, в частности, в качестве «барьерной» линии для защиты акватории от несанкционированных вторжений.

Полезная модель относится к гидроакустическим системам освещения подводной обстановки.

Параметрическая приемная антенна (ППА), принцип работы которой основан на нелинейном взаимодействии сигналов различных частот, была предложена в авторском свидетельстве [1]. ППА предназначена для направленного приема низкочастотных сигналов от шумящих объектов. ППА состоит из высокочастотной излучающей антенны и приемной высокочастотной антенны, разделенных водной средой, которую называют «зона нелинейного взаимодействия». ППА была названа «бестелесной», т.к. формируется в водной среде. Излученный высокочастотный сигнал принимается приемной антенной и обрабатывается системой обработки. При отсутствии низкочастотного сигнала от шумящего объекта в зоне нелинейного взаимодействия в системе обработки фиксируется высокочастотный сигнал, излученный высокочастотной антенной. При наличии низкочастотного сигнала от шумящего объекта в зоне нелинейного взаимодействия в системе обработки фиксируется высокочастотный сигнал, модулированный сигналом низкой частоты. Низкочастотная модуляция выделяется системой обработки, появление модуляции является свидетельством наличия источника низкочастотного сигнала. При этом на низкой частоте формируется однолучевая диаграмма направленности (ДН), ось которой совпадает с линией, соединяющей фазовые центры антенн, а максимум ДН обращен в направлении, противоположном направлению излучения высокочастотного сигнала. Таким образом, ППА позволяет обнаруживать низкочастотные акустические источники, расположенные в секторе действия ДН ППА.

Известные устройства [2-4] состоят из одинаковых по своему назначению блоков (две высокочастотные акустические антенны, разделенные водной средой, генераторное устройство, система обработки) и различаются конструктивно-схемным построением и физико-математическими моделями формирования ППА. Все известные устройства формируют однолучевую ДН.

Наиболее близким по техническим и функциональным характеристикам к предлагаемой полезной модели является устройство (параметрическая приемная антенна), описание которого, принцип работы, а также основные технические характеристики приведены в [2]. Авторы те же, что и в изобретении [1]. Это устройство принято за прототип.

Устройство-прототип предназначено для обнаружения в водной среде шумящих объектов с помощью малогабаритной по физическим характеристикам приемной антенны (ППА), причем ППА формирует однолучевую ДН. Устройство состоит из двух высокочастотных акустических антенн, разделенных водной средой и обращенных активными поверхностями друг к другу. Одна из антенн возбуждается генераторным устройством, сигнал принимается другой антенной и обрабатывается системой обработки. Антенны располагаются на расстоянии L. Устройство-прототип реализует основную функцию - обнаружение шумящего низкочастотного объекта, расположенного в зоне луча ДН.

Сектор обзора ППА, реализованного в устройстве-прототипе [2], ограничен шириной ДН. Однако, шумящий объект может располагаться и в ином направлении, вне зоны обзора луча ДН.

Задачей представляемой полезной модели является расширение функциональных характеристик ППА, а именно: увеличение в два раза сектора обзора ППА.

Техническим результатом использования предлагаемого устройства является обеспечение обзора пространства не только в секторе ± (так обозначен сектор обзора в устройстве-прототипе), но и в секторе 180°±, т.е. в таком же секторе, как у прототипа, но расположенным противоположно.

Для достижения заявляемого технического результата в параметрической приемной антенне, содержащей первую и вторую акустические антенны, расположенные в водной среде на расстоянии L и обращенные активными поверхностями друг к другу таким образом, что их фазовые центры располагаются на одной линии, генераторное устройство и систему обработки, введены новые признаки, а именно:

- акустические антенны выполняются приемо-излучающими;

- введен двух позиционный переключатель, с которым соединены генераторное устройство и система обработки, причем в первом положении переключателя генераторное устройство подключено к первой акустической антенне, система обработки подключена ко второй акустической антенне, а во втором положении переключателя генераторное устройство подключено ко второй акустической антенне, система обработки подключена к первой акустической антенне.

Введенные в устройство новые признаки делают возможным осуществлять прием как с направления 0°, так и с направления 180° с одинаковыми ДН.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой представлена блок-схема заявляемой полезной модели, и фиг.2, где показаны формируемые ДН.

Предлагаемое устройство (фиг.1) состоит из первой акустической антенны 1, второй акустической антенны 2, разделенных водной средой 3, которая является областью нелинейного взаимодействия волн, а также генераторного устройства 4, системы обработки 5 и двухпозиционного переключателя 6. Генераторное устройство 4 соединено с контактом а переключателя 6, который выведен на внешние контакты а₁ и a₂ . Система обработки 5 соединена с контактом б переключателя, который выведен на внешние контакты б₁ и б₂ . Первая антенна 1 соединена с контактами а₁ и б₁ переключателя; вторая антенна 2 соединена с контактами а₂ и б₂ переключателя.

Акустические антенны, входящие в заявляемое устройство, описаны, в частности, в [2, 3], генераторное устройство описано в [2, 4], система обработки - в [4].

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом.

Пусть переключатель 6 находится в первой позиции, когда контакт а соединен с контактом а₁, а контакт б с контактом б₁ (соединения контактов переключателя показаны сплошными линиями). В этой позиции генераторное устройство 4 возбуждает первую антенну 1, которая излучает высокочастотный сигнал частоты f в водную среду 3. Этот сигнал принимается второй антенной 2, через контакт б₁ попадает в систему обработки 5. Необходимо обнаружить источник сигнала на низкой частоте F, приходящий с направления , как показано на фиг.1, 2. При отсутствии сигнала частоты F система обработки 5 фиксирует только сигнал частоты f. При наличии сигнала частоты F система обработки фиксирует высокочастотный модулированный сигнал с модуляционными составляющими f±F. В результате нелинейного взаимодействия сигналов частот f и F в водной среде 3 формируется ППА с ДН 7 (фиг.2). Принятый сигнал демодулируется и регистрируется низкочастотный сигнал частоты F, что является свидетельством обнаружения источника сигнала, приходящего с направления, определяемого ДН 7.

Пусть переключатель 6 находится во второй позиции, когда контакт а соединен с контактом а₂, а контакт б с контактом б₂ (соединения контактов переключателя показаны пунктирными линиями). В этой позиции генераторное устройство 4 возбуждает вторую антенну 2, которая излучает высокочастотный сигнал частоты f в водную среду 3. Этот сигнал принимается первой антенной 1, через контакт б₂ попадает в систему обработки 5. При наличии сигнала частоты F (направление прихода сигнала частоты F в данном случае показано пунктирными линиями) система обработки фиксирует высокочастотный модулированный сигнал с модуляционными составляющими f±F, но приходящий с направления, определяемого ДН 8, т.е. противоположного ДН 7.

Таким образом, достигается заявленный технический эффект, заключающийся в расширении функциональных характеристик - увеличении в два раза сектора обнаружения источника акустического сигнала.

Полезная модель может быть использована в подвижных и стационарных системах наблюдения за подводной обстановкой, в частности, в качестве «барьерной» линии для защиты акватории от несанкционированных вторжений.

Список источников информации

1. Авт. свид. СССР 422197. Устройство для приема инфразвуковых колебаний. МПК B06B 1/00. Приор. 31.03.1961. Публ. 28.02.1982, бюлл. 8. Авторы Зверев В.А., Калачев А.И.

2. Зверев В.А., Калачев А.И. Модуляция звука звуком при пересечении акустических волн // Акустич. журнал. 1970. Т.16, 2. С.245-251 (ПРОТОТИП)

3. Truchard J.J. Parametric acoustic receiving array // JASA. 1975. V.58, N 6. P.1141-1150

4. Мюир Т.Г., Голдсберри Т.Д. Вопросы обработки сигналов в нелинейной акустике // Подводная акустика и обработка сигналов / Под ред. Л.Бьёрно. М.: Мир, 1985. С.172-199

Параметрическая приемная антенна, содержащая первую и вторую акустические антенны, расположенные в водной среде на расстоянии L и обращенные активными поверхностями друг к другу таким образом, что их фазовые центры располагаются на одной линии, генераторное устройство и систему обработки, отличающаяся тем, что акустические антенны выполнены приемоизлучающими и введен двухпозиционный переключатель, с которым соединены генераторное устройство и система обработки, причем в первом положении переключателя генераторное устройство подключено к первой акустической антенне, система обработки подключена ко второй акустической антенне, а во втором положении переключателя генераторное устройство подключено ко второй акустической антенне, система обработки подключена к первой акустической антенне.