Устройство для определения уровня собственной помехи параметрической приемной антенны

 

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к измерению параметров низкочастотных сигналов с помощью параметрической приемной антенны. Устройство для определения уровня собственной помехи параметрической приемной антенны содержит последовательно соединенные высокочастотный генератор сигнала накачки 1, усилитель мощности 2 и излучатель 3, последовательно соединенные генератор низкочастотного сигнала 4, усилитель мощности 5 и излучатель 6, приемный элемент параметрической приемной антенны 7, блок обработки сигналов 8, спектроанализатор 9, переключатель 10, один вход которого соединен с выходом приемного элемента параметрической приемной антенны, а другой - с выходом блока обработки сигналов, выход переключателя соединен со входом спектроанализатора, последовательное соединенные генератор калибровочного низкочастотного сигнала 1, усилитель мощности 12 и излучатель 13, который расположен в непосредственной близости от приемного элемента параметрической приемной антенны, а приемный элемент предварительно откалиброван для приема сигналов на частотах: ω_н - накачки; ω_н± Ω - комбинационных частот; Ω - низкочастотного полезного сигнала; Ω - ΔΩ - низкочастотного калибровочного сигнала. 3 ил.

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в гидроакустических средствах (ГАС) различного назначения, имеющих в своем составе параметрические приемные антенны (ППА).

Известно устройство для обнаружения низкочастотных (НЧ) гидроакустических сигналов, содержащее последовательно соединенные задающий генератор широкополосного сигнала, электроакустический преобразователь, выполняющий роль излучателя накачки, механически соединенный с приемным гидрофоном, который подключен к электронному блоку обработки, включающему полосовой фильтр, соединенный с несколькими идентичными частотными каналами, состоящими из корреляторов, полосовых фильтров и устройств с регулируемой временной задержкой [1] К недостаткам данного устройства относятся невозможность определения уровней собственной помехи ППА непосредственно в процессе ее функционирования, а также необходимость дополнительной специальной аппаратуры и затрат времени на калибровку ППА.

Известно также устройство для обнаружения НЧ- сигналов, содержащее генератор случайной последовательности импульсов высокой частоты (ВЧ), усилитель мощности и излучатель накачки, механически соединенный с приемным гидрофоном, который в свою очередь соединен с процессором, включающим набор узкополосных режекторных фильтров и блок сравнения сигналов с заданными по времени реализациями излученного сигнала накачки [2] К недостаткам данного устройства относятся невозможность определения уровней собственной помехи ППА непосредственно в процессе ее функционирования, необходимость дополнительной специальной аппаратуры и затрат времени на калибровку с целью определения уровня собственной помехи ППА.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту относится устройство, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала накачки, усилитель мощности и излучатель, последовательно соединенные генератор НЧ-сигнала, усилитель мощности и излучатель, приемный элемент ППА, блок обработки сигналов и спектроанализатор [3] К недостаткам устройства-прототипа относятся невозможность определения уровней собственной помехи ППА непосредственно в процессе ее функционирования, низкая точность определения уровня собственной помехи ППА.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке устройства, свободного от перечисленных выше недостатков.

Технический результат изобретения заключается в разработке устройства, обеспечивающего высокую точность измерения параметров НЧ полезного сигнала путем контроля уровня собственно помехи ППА непосредственно в процессе ее функционирования.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит последовательно соединенные ВЧ-генератор сигнала накачки 1, усилитель мощности 2 и излучатель 3, последовательно соединенные генератор НЧ-сигнала 4, усилитель мощности 5 и излучатель 6, приемный элемент ППА 7, блок обработки сигналов 8, спектроанализатор 9, переключатель 10, один вход которого соединен с выходом приемного элемента ППА, а другой с выходом блока обработки сигналов, выход переключателя соединен со входом спектроанализатора, последовательно соединенные генератор калибровочного НЧ-сигнала 11, усилитель мощности 12 и излучатель 13, который расположен в непосредственной близости от приемного элемента ППА, а приемный элемент ППА предварительно откалиброван для приема сигнала на частотах ω_н накачки; ω_н± Ω комбинационных частот; Ω НЧ- полезного сигнала, W - ΔΩ НЧ-калибровочного сигнала.

Устройство работает следующим образом.

С выхода ВЧ-генератора сигнала накачки непрерывный ВЧ-сигнал на частоте w_н поступает на вход усилителя мощности 2 и затем подается на излучатель 3, с помощью которого происходит излучение ВЧ-волны накачки. Акустическая волна накачки распространяется в направлении на источник НЧ-полезного сигнала 6. Полезный НЧ-сигнал формируется в свою очередь с помощью НЧ-генератора сигнала 4, усилителя мощности 5 и излучателя 6. В водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волны накачки на частоте ω_н и НЧ-волны на частоте Ω В результате этого образуются волны на комбинационных частотах w_н± Ω которые принимаются приемным элементом ППА 7. В блоке обработки сигналов 8 происходит выделение НЧ-полезного сигнала из модуляционного процесса методом детектирования. Далее НЧ-полезный сигнал подается на спектроанализатор 9 для регистрации. Одновременно с этим при помощи генератора НЧ-калибровочного сигнала 11, усилителя мощности 12 и излучателя 13 формируется, усиливается и излучается НЧ калибровочный сигнал на частоте Ω-ΔΩ Величина DW выбирается из условия нахождения сигналов на частотах W и W-ΔΩ в пределах одного резонанса акустического преобразователя, а также раздельного наблюдения на экране спектроанализатора.

Сигналы на частотах w_н и Ω-ΔΩ могут взаимодействовать друг с другом за счет нелинейности электроакустического преобразователя, используемого в качестве приемной антенны ППА, а также блока обработки сигналов. В результате "паразитного" взаимодействия образуются сигналы комбинационных частот ω_н±(Ω-ΔΩ) которые наряду с сигналами ω_н± Ω (полезный эффект для ППА) принимаются приемным элементом ППА. В блоке обработки также (по аналогии с вышеизложенным) осуществляется выделение НЧ-калибровочного сигнала методом детектирования. На экране спектроанализатора одновременно будут регистрироваться дискретные составляющие (ДС) на частотах: Ω полезный эффект, W-ΔΩ уровень калибровочного НЧ-сигнала, который определяет уровень "паразитной" модуляции. Излучатель калибровочного НЧ-сигнала находится в непосредственной близости от приемного элемента ППА (на расстоянии ≅1 м), исключающей "затенение" приемного элемента ППА. В этом случае практически отсутствует область взаимодействия акустических сигналов в нелинейной водной среде (база ППА ≅1 м). В то же время взаимодействие сигналов на частотах w_н и Ω происходит в протяженной (сотни метров и более) области водной среды. В случае отсутствия взаимодействия волн на частотах Ω и ω_н (неправильно выбраны параметры сигнала накачки и другие причины) амплитуды дискретных составляющих на частотах Ω и Ω-ΔΩ могут быть одинаковыми (фиг.2,а), что свидетельствует о том, что нелинейность блока обработки сигналов и электроакустического преобразователя одинакова с нелинейностью водной среды для данной частоты сигнала накачки w_н Изменяя частоту сигнала накачки (например, подбирая ее близкой к резонансной частоте рассеивателей звука: пузырьки, кильватерный след морских целей, биологические объекты с газовыми пузырями и т.д.) можно добиться существенного (на 2-3 порядка и более) повышения нелинейности водной среды. Данное обстоятельство приведет к эффективному взаимодействию волн на частотах ω_н и Ω в нелинейной протяженной области водной среды. В этом случае (фиг.2,б) амплитуда дискретной составляющей на частоте Ω будет значительно превосходить аналогичный параметр для частоты W - ΔΩ Таким образом осуществляется контроль уровня собственных помех непосредственно в процессе функционирования ППА.

Точность определения уровня собственной помехи ППА будет определяться точностью считывания информации с экрана спектроанализатора об амплитуде дискретной составляющей на частоте W - ΔΩ и уровнем модуляционных составляющих, возникающих при взаимодействии в нелинейной водной среде на базе ≅1 м (расстояние между приемным элементов ППА и излучателем калибровочного НЧ-сигнала), который совершенно незначителен.

Пример. На фиг. 3 представлена опускаемая часть одного из макетов ППА, разработанных и изготовленных автором. Приемный элемент антенны выполнен в виде цилиндра, по образующей которого расположены магнитострикционные преобразователи от ГАС МГ-10М. Излучатель ВЧ-сигнала накачки расположен в геометрическом центре цилиндра, а излучатель калибровочного НЧ-сигнала расположен на штанге в удалении примерно 1м от приемной антенны (приемного элемента ППА). Частота сигнала накачки составляла величину 32 кГц, частота НЧ-полезного сигнал была 1005 Гц, а частота калибровочного НЧ-сигнала 1015 Гц. В качестве излучателя калибровочного НЧ-сигнала использовался в данном случае излучатель 1 поддиапазона из комплекта КИП 10, имеющий волновые размеры в вертикальной плоскости 0,6 м. Цилиндрические излучатель 1 поддиапазона крепился на штанге горизонтально, что практически исключало "затенение" приемного элемента ППА (в качестве которого в данном случае использовалась цилиндрическая многоэлементная антенна).

Сопоставительный анализ с устройством-прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков: дополнительного генератора НЧ-калибровочного сигнала, который последовательно соединен с усилителем мощности и излучателем калибровочного НЧ-сигнала и переключателя. При этом излучатель калибровочного НЧ-сигнала расположен в непосредственной близости (на расстоянии ≅1 м) от приемного элемента ППА, а приемный элемент ППА в свою очередь предварительно откалиброван для приема сигналов на частотах w_н, ω_н± Ω, Ω и Ω-ΔΩ. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого устройства с другими техническими решениями показывает, что указанные отличительные признаки широко известны.

В гидроакустике известно использование контрольного излучателя для излучения сигналов с целью проверки работоспособности приемного тракта ГАС. Однако не известно использование генератора калибровочного НЧ-сигнала, усилителя мощности и излучателя для измерения уровня нелинейных искажений ("паразитной" модуляции) в приемном тракте ГАС. Не известно использование перечисленных выше приборов для определения уровня собственной помехи ППА в процессе ее функционирования.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в совокупности с известными обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений, контролировать работоспособность ППА путем определения уровней "паразитной" модуляции в приемном тракте (приемный элемент ППА и блок обработки сигналов) ППА, что позволяет сделать вывод о том, что изобретение имеет изобретательский уровень.

Технический результат, который достигается при использовании предложенного устройства, заключается в том, что уровень собственной помехи ПП определяется непосредственно в процессе ее функционирования с высокой точностью.

Формула изобретения

Устройство для определения уровня собственной помехи параметрической приемной антенны, содержащее последовательно соединенные генератор сигнала накачки, усилитель мощности и излучатель, последовательно соединенные генератор низкочастотного сигнала, усилитель мощности и излучатель, приемный элемент параметрической приемной антенны, блок обработки сигналов и спектроанализатор, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит последовательно соединенные генератор калибровочного низкочастотного сигнала, усилитель мощности и излучатель, переключатель, один вход которого соединен с выходом приемного элемента параметрической приемной антенны, а другой с выходом блока обработки сигналов, выход переключателя соединен с входом спектроанализатора, при этом излучатель калибровочного низкочастотного сигнала расположен в непосредственной близости от приемного элемента параметрической приемной антенны, а приемный элемент параметрической приемной антенны предварительно откалиброван для приема сигналов на частотах накачки ω_н, комбинационных частот ω_н± Ω, низкочастотного полезного сигнала Ω, низкочастотного калибровочного сигнала Ω - ΔΩ.о

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3