Способ определения характеристик гидроакустических антенн

Способ определения характеристик гидроакустических антенн

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к технической антенне и может быть использовано для измерения характеристик и параметров гидроакустических антенны в условиях открытия водоемов и бассейнов. Цель изобретения - повышение точности. Это достигается путем измерения распределения амплитуды давления звукового поля в ближней зоне антенны по поверхности, равной дозе давления (фазового фронта) и расчету звукового поля д дальней зоне антенны по соотношению Ф R 1 /Ал / / (A(st) j KL0 W З/UnDdSf,, где Sy- поверхность интегрирования , представляющая собой поверхность равной фазы давления; A(s) - измеренные значения амплитуды звукового давления в точках поверхности U exp{jKR}/R - функция Грина;3и/3 пх - производная функции Грина по направлению внешней нормали к поверхности s полный дифференциал поверхности s. Координаты поверхности фазового фронта устанавливают путем измерения распределения фазы давления по поверхности наблюдения, обхватывающей антенну, и расчета ее координат по формуле Rsjp Er(Rs) - + М, где RsT радиус-вектор точки поверхности равной фазы давления; IRSI - модуль радиус-вектора точки на поверхности s; Ег - единичный р адиус-ве ктор, коллеинарный векторам Rs и RSt; f(Rs) значения функции f(s) в точке, задаваемой радиус-вектором Rs; f(s) /ф) + 2 л - распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения s, преобразованное с учетом набегов фазы на 2п тр (s) - измеренное распределение фазы давления по поверхности наблюдения s; N - целое число, учитывающее набеги фазы на величину 2 п К -волновое число; М - константа, равная минимальному удалению рассчитываемой повер ности s«. от начала координат. Измерения распределения амплитуды давления производят при размещении измерительного преобразователя в точках поверхности фазового фронта, координаты которых рассчитаны, а характеристики антенны определяют путем приведения их в соответствие характеристикам поля. 1 ил. сл С J о о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 S 7/66

ГОСУЦАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ г I

6 (21) 4880703/22 (22) 13,08,90 (46) 23.09.92, Бюл, N 35 (71) Киевский научно-исследовательский институт гидроприборов (72) А,ГЛейко, Ю.З,Шлипченко и С.И.Юденков (56) Патент США ¹ 4301523, кл, G 01 S 3/82, 1981, Боббер Р,Дж, Гидроакустические измерения. Vi,; Мир, 1974, с. 362. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН (57) Изобретение относится к технической антенне и может быть использовано для измерения характеристик и параметров гидроакустических антенны в условиях открытия водоемов и бассейнов, Цель изобретения — повышение точности, Это достигается путем измерения распределения амплитуды давления звукового поля в ближней зоне антенны по поверхности, равной дозе давления (фазового фронта) и расчету звукового поля в дальней зоне антенны по соотношению Ф (R) = 1/4тг ) f (А(з. ) (j КМ И/ /Оп))бай., где s>- поверхность интегрирования, представляющая собой поверхность равной фазы давления; A(s ) — измеренные значения амплитуды звукового давления в точках поверхности з„.; U = exp(jKR)/R— функция Грина;30/3 пх — производная функИзобретение относится к технической акустике и может быть использовано для измерения характеристик и параметров гидроакустических антенн и преобразователей в условиях открытых водоемов и бассейнов.

В настоящее время известен ряд способов определения характеристик антенн за.. Ы 1764010 А1 ции Грина по направлению внешней нормали к поверхности s ds — полный дифферен1 циал поверхности s Координаты поверхности фазового фронта устанавливают путем измерения распределения фазы давления по поверхности наблюдения, обхватывающей антенну, и расчета ее координат по формуле Rs = =Eg(Rs) — s(R.)/К+ М), где Rs — радиус-вектор точки поверхности равной фазы давления; (Rsl — модуль радиус-вектора точки на поверхности s Š— единичный радиус-вектор, коллеинарный векторам Rs и Rs f(Rs) — значения функции

f(s) в точке, задаваемой радиус-aeKTopoM Rs, f(s) = g(s) + 2 лМ вЂ” распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения

s, преобразованное с учетом набегов фазы на 2л; ф (s) — измеренное распределение фазы давления по поверхности I:eáëlUäeния s; N — целое число, учитывают,ее набеги фазы на величину 2 74; К вЂ” волновое число; М вЂ” константа, равная минимальному удалению рассчитываемой поверкности s< — а от начала координат. Измерения распределения амплитуды давления производят при размещении измерительного и реобразователя в точках поверхности фазового фронта, координаты которых рассчитаны, а характер

-ристики антенны определяют путем приведения их в соответствие характеристикам поля, 1 ил. ключающихся в измерении распределений компонент поля B ближней зоне антенны, пересчете посh еднего" й""з вуковое поле в дальней зоне антенны по тем или ин м формулам и вычислении характеристик антенны, Для конкретных антенн эти спо "обы ос йованы на йзмерении pacripejjeiiei- амп1764010 литуды и фазы компонент поля вблизи антеннь no поверхности измерений, как правило, повторяющей форму антенны и имеющей правильную форму, например, по поверхности сферы, цилиндра или плоскости, и вычислении поля антенны в дальней зоне по той или иной формуле.

Прототипом заявленного изобретения является метод, основанный на измерении распределений амплитуды и фазы давления звукового поля в ближней зоне антенны по поверхности измерений, повторяющей форму антенны и имеющей правильную форму, например, по поверхности сферы или цилиндра и вычислении поля антенны в дальней зоне по приближенной формуле

e(R) =- - fft Р(з)

iехр(j КR)(1+cosP)|ds, где s — поверхность измерений, имеющая правильную форму, находящаяся вблизи антенны и повторяющая форму антенны;

К = 2 л/А — волновое число;

iL — длина волны;

P(s) = A(s) ехро0(з))

A(s) — измеренные значения звукового давления в точках поверхности s;

U(s) — измеренные значения фазы звукового давления в точках поверхности s;

R — расстояние от точки на поверхности з до точки, в которой расчитывается поле (допускается, что R настолько"велико, что

R = const N);

Р-угол между нормалью к поверхности

s и прямой, соединяющей точку на поверхности s и точку, задаваемую радиус-вектором Р, в которой расчитывается поле;

ds - площадь элемента поверхности s (полный дифференциал).

Основным недостатком способа прототипа и других известных способов определения характеристик гидроакустических антенн на основе измерений поля в ближней зоне, является низкая точность, обусловленная несовпадением поверхности измерений s с истинной поверхностью фазового фронта, проявляющаяся, например, в несоответствии уровня рассчитанных и истинных боковых лепестков характеристики направленности, Цель изобретения — повышение точности

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения характеристик гидроакустических антенн, заключающемся в измерении распределения амплитуды и фазы давления звукового поля в ближней зоне антенны, пересчете последнего в звуковое поле в дальней зоне антенны и вычислении характеристик антенны в дальней зоне, амплитуду давления звукового поля в ближней зоне антенны измеряют на поверхности равной фазы давления, которую устанавли5 вают путем измерения распределения фазы давления по поверхности наблюдения, охватывающей антенну, и расчета координат .поверхности равной фазы давления по формуле

R ; Er(IRsI — - — -" Wj).

1 где Rs — радиус-вектор точки на поверхности равной фазы давления (начало системы координат размещается в геометрическом

15 центре антенны);

1Rl — модуль радиус-вектора точки на поверхности наблюдения s;

Ег — единичный радиус-вектор, коллинеарный векторам Rs>и Rs, 20 1(ВВ) — значенйе функции r(s) в точке, задаваемой радиус-вектором Rs, f(s) =ф(з)+ 2 лМ вЂ” распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения s, преобразование с учетом

25 набегов фазы на 2 л; фз) — измеренное распределение фазы давления по поверхности наблюдения s;

Й вЂ” целое число, учитывающее набеги фазы на величину 2 и;

З0 К вЂ” волновое число;

W — константа, равная минимальному удалению рассчитывемой поверхности з от начала координат, а звуковое поле <ЦВ) в дальней зоне антенÇ5 ны расчитывают по формуле

Ф(й) =

4 f f (A(s„)(j КU анап )

$ . где s — поверхность интегрирования, предt ставляющая собой поверхность равной фазы давления;

A(s ) — измеренные значения амплитуды

t звукового давления в точках поверхности

Т

45 ехр KR

U = Р " — функция Грина, R

d U/1 п, — и роиз водная от функции Грина по направлению внешней нормали к поверхности з;

ds — полный дифференциал поверхно1 сти s

Ра чертеже изображена схема реализации способа.

Способ заключается в следующем.

В зависимости от поставленной задачи и от технических возможностей существующего координатного оборудования выбирают исходную поверхность наблюдения s, 1764010 которая должна находиться вблизи антенны

1, Перемещая гидрофон 2 по поверхности з„„измеряют его координаты относительно геометрического центра антенны 1, регистрируют фазу сигнала на его выходе блоком измерения 3 относительно сигнала возбуждения создаваемого генератором 4 и измеряют распределение фазы давления 11(з) =

= gs ) по этой поверхности, Затем расчитывают распределение значений фазы давления с учетом набегов на величину 2 в точках поверхности наблюдения

f(s) = ф (s) + 2 лИ, где N — целое число, учитывающее набег фазы на величину 2 к.

Для выполнения такого расчета выполняют обход сечений поверхности s, например, по часовой стрелке; в начале обхода сечения полагают N = 0; если при дальнейшем обходе встречается переброс фазы давления с нуля на 2 лот N принимает значение N = 1, на следующем таком же перебросе увеличивают еще на единицу, и т,д., а если в распределении gs) встречается переброс фазы со значения 2 л на нуль, то текущее значение N уменьшается на единицу

Расчитывают координаты точек поверхности равной фазы давления (фазового фронта) по формуле

Rs

Rs = Er((Rsl + WI, где Rs — радиус-вектор точки на поверхности фазового фронта;

tRsl — модуль радиус-вектора точки в которой измеряются фаза давления (на поверхности наблюдения ss, Er — единичный радиус-вектор, коллинеарный векторам Rs и Ц;

К волновое число;

f(Rs) — значение функции f(s) в точке, задаваемой радиус-вектором Rs,.

W — константа, равная минимальному удалению рассчитываемой поверхности s от рабочего центра антенны (начала координат) и удовлетворяющая условию

D< И макс(В }, где D — максимальный габаритный размер излучающей поверхности антенны; макс(Rs } — длина радиус-вектора точки на поверхности наблюдения s, максимально удаленной от начала координат, На определенной таким образом поверхности фазового фронта, путем размещения измерительного гидрофона в ее точках, измеряют распределение амплитуды давления звукового поля А(з„). Одновременно с

55 измерением распределения А(з„) контролируют (измеряют) распределение фазы выходного сигнала гидрофона относительно сигнала возбуждения 12(з) = Q(s ) и убеждаются в TGM, что tP„(s ) = сапа, т,е, равномерное, Если распределение фазы неравномерное, то расчитанную поверхность з назначают"в качестве поверхности наблюдения s, повторяют последовательно описанные действия с измерением распределений, вычислениями и контролем и получают следующее приближение координат поверхности фазового фронта (опыт показывает, что в большинстве случаев при определении параметров реальных антенн второе и последующие приближения не требуются).

Звуковое поле антенны в дальней зоне рассчитывают по формуле (R) 1 ff (А()

«(» KU — -))сi s

5è где A(s ) — измеренные значения амплитуды звукового давления в точках поверхности s ;

U = функция Грина, ех )KR

А характеристики антенны определяют путем приведения их B соответствие характеристикам поля, Например. характеристику направленности определяют путем нормирования значений амплитуды давления в той или иной плоскости рассчитанного звукового поля антенны в дальней зоне к максимальному значению амплитуды давления в этой плоскости, Формула изобретения

Способ определения характеристик гидроакустических антенн, заключающийся в измерении распределения амплитуды и фазы давления звукового поля в ближней зоне антенны, пересчете последнего в звуковое поле в дальней зоне антенны и вычислении характеристик антенны в дальней зоне, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, амплитуду давления звукового поля в ближней зоне антенны измеряют на поверхности равной фазы давления, которую устанавливают путем измерения распределения фазы давления по поверхности наблюдения, охватывающей антенну, и расчета координат поверхности равной фазы по формуле

Rs

Rs = Er(Rs

К

Wj, где Rs — радиус-вектор точки на поверхности равной фазы давления (начало системы

1764010 иехатческая сАаа

ЗЛРКРЯОИИОЯ Cr&.75

Составитель А, Зарубин

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н, Ревская

Редактор T. Шагова

Заказ 3456 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 координат размещается в геометрическом центре антенны);

Rs — модуль радиус-вектора точки на поверхности наблюдения s;

Er — единичный радиус-вектор, коллинеарный векторам R и 4;

f(R ) — значение функции f(s) в точке, задаваемой радиус-вектором Rs, f(s) = ф (в) + 2л и — распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения s, преобразованное с учетом набегов фазы на 2 ж;

tP(s) — измеренное распределение фазы давления по поверхности наблюдения s;

N — целое число, учитывающее набеги фазы на величину 2;

К вЂ” волновое число;

W — константа, равная минимальному удалению рассчитываемой поверхности s от начала координат; а звуковое поле Ф(Й) в дальней зоне антенны расчитывают по формуле

C(R) — JJ (A(s )»

5, U

x(j KU — — ))d s

Ьп где s — поверхность интегрирования, пред1 ставляющая собой поверхность равной фа10 зы давления;

A(s) — измеренные значения амплитуды звукового давления в точках поверхности

exp(j K R

U = Р— функция Грина;

dU/ ï+ — производная от функции Грина по направлению внешней нормали к поверхности з, ds — полный дифференциал поверхно1

20 сти з1.,