Способ высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов
Патент 2247409
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Способ высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов
Иллюстрации
Изобретение относится к области акустики и может быть использовано в прикладной гидроакустике - для проведения морских геолого-геофизических исследований, поиска затонувших объектов и т.д., а также в рыбной промышленности - для поиска и оценки запасов морских биологических объектов. Технический результат заключается в распознавании объекта и определении его пространственных координат в условиях повышенных шумов моря и интенсивной реверберации. Способ заключается в формировании, усилении и излучении в водную среду высокочастотных (ВЧ) сигналов накачки на частотах ω1 и ω2, генерации в водной среде волны разностной частоты Ω=ω1-ω2, с помощью которой лоцируют исследуемый объект и получают отраженную волну разностной частоты Ω’, причем ВЧ сигналы накачки на частотах ω1 и ω2 близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω0, находящихся в приповерхностном слое воды, волна разностной частоты Ω является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта; дополнительно формируется, усиливается и непрерывно излучается в водную среду ВЧ сигнал накачки на частоте ω3, близкой ко второй гармонике резонансной частоты пузырьков воздуха ω0, дополнительно высоконаправленно принимаются и усиливаются ВЧ сигналы на комбинационных частотах ω3±Ω’, которые затем демодулируются и фильтруются, получая из них отраженный от исследуемого объекта широкополосный сигнал разностной частоты Ω’. 7 ил.
Реферат
Изобретение относится к области акустики и может быть использовано в прикладной гидроакустике - для проведения морских геолого-геофизических исследований, поиска затонувших объектов и т.д., а также в рыбной промышленности - для поиска и оценки запасов морских биологических объектов (рыбы и беспозвоночных и др.).
Задача, которая решается изобретением, заключается в высоконаправленном излучении в нелинейную водную среду широкополосных гидроакустических сигналов, лоцировании ими объекта поиска, высоконаправленном приеме отраженных от лоцируемого объекта широкополосных гидроакустических сигналах, распознавании объекта и определении его пространственных координат в условиях повышенных шумов моря и интенсивной реверберации.
Способ реализуется следующим образом.
В блоке параметрического высоконаправленного излучения широкополосных гидроакустических сигналов с помощью генераторов осуществляется формирование высокочастотных сигналов накачки на частотах ω 1 и ω 2, которые затем смешиваются на смесителе, усиливаются в усилителе мощности и подаются на излучатель высокочастотных сигналов накачки, с помощью которого осуществляется излучении в водную среду высокочастотных сигналов накачки на частотах ω 1 и ω 2. При этом высокочастотные сигналы накачки на частотах ω 1 и ω 2 близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя высокочастотных сигналов накачки ω 1 и ω 2. В нелинейной водной среде происходит генерация широкополосной гидроакустической волны разностной частоты Ω =ω 1-ω 2, с помощью которой лоцируют исследуемый объект и получают отраженную широкополосную гидроакустическую волну разностной частоты Ω ’. При этом широкополосная гидроакустическая волна разностной частоты Ω ’ близка к резонансным частотам ω s исследуемого объекта: морское животное, подводный аппарат или человек, находящиеся в толще воды; природный газ на морском шельфе; рыбы с плавательным пузырем в промысловом скоплении и др. В канале излучения высокочастотного сигнала накачки ω 3 блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов с помощью генератора, усилителя мощности и излучателя высокочастотного сигнала накачки ω 3, формируется, усиливается и непрерывно излучается в водную среду высокочастотный сигнал накачки на частоте ω 3, близкой ко второй гармонике резонансной частоты пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя высокочастотного сигнала накачки ω 3. Рассеиваясь на неоднородностях водной среды, высокочастотный сигнал накачки на частоте ω 3 взаимодействует с широкополосным гидроакустическим сигналом разностной частоты, отраженным от исследуемого объекта Ω ’ При этом образуются высокочастотные волны комбинационных частот ω 3±Ω ’, которые распространяются, в том числе, в сторону высокочастотной приемной антенны канала приема высокочастотных сигналов комбинационных частот блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов, имеющей компенсатор для формирования и сканирования характеристики направленности в заданной плоскости. Далее высокочастотные сигналы на комбинационных частотах ω 3±Ω усиливаются в усилителе и подаются на демодулятор. В демодуляторе осуществляется выделение широкополосных гидроакустических сигналов на частоте Ω ’ из высокочастотных модуляционных частот ω 3±Ω’ методом детектирования. С выхода демодулятора широкополосный гидроакустический сигнал Ω ’ подается на фильтр низких частот, являющийся выходом канала приема высокочастотных сигналов комбинационных частот блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов, в котором происходит уменьшения уровня высокочастотных помех. Далее широкополосный гидроакустический сигнал Ω ’ подается на анализатор, где производится спектральный анализ (с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков) широкополосного гидроакустического сигнала на частотах Ω ’, а также его сравнение с эталонными сигналами. В электронно-вычислительной машине, подключенной к выходу анализатора, принимается решение об обнаружении исследуемого объекта, осуществляется его классификация и определяются его пространственные координаты (7 ил).
Известен способ обнаружения морских объектов (в том числе и биологических), заключающийся в формировании, усилении и излучении в водную среду гидроакустических сигналов; распространении гидроакустических сигналов, в том числе и в сторону морского объекта; приеме и анализом гидроакустических сигналов, прошедших через водную среду и отразившихся от морского объекта, и принятии решения об обнаружении морских объектов /Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин С.Е. Гидроакустические средства связи и наблюдения. - Л.: Судостроение, 1982, с.119/.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Сложность обнаружения и пеленгования малоразмерного (с малой отражательной способностью) морского объекта.
2. Незначительная дальность из-за низкого соотношения сигнал/помеха (С/П), особенно в условиях поверхностной и донной реверберации, на выходе приемника.
3. Низкая достоверность распознавания морских объектов.
Известен способ формирования в водной среде направленного низкочастотного (НЧ) излучения сигналов, основанный на закономерностях параметрического преобразования в нелинейной водной среде высокочастотных (ВЧ) волн накачки. Способ заключается в облучении водной среды ультразвуковыми сигналами на близких частотах и формировании в водной среде высоконаправленного излучения волны разностной частоты (ВРЧ), распространяющуюся в направлении источника излучения ВЧ-сигналов накачки /Новиков Б.К., Руденко С.В., Тимошенко В.Н. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1978, с.7-12/.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Низкая эффективность способа из-за малого значения коэффициента преобразования акустической энергии ВЧ-волн накачки в акустическую энергию НЧ-волны разностной частоты.
2. Низкая помехоустойчивость способа из-за ненаправленного (слабо направленного) приема отраженных сигналов.
3. Сложность обнаружения и пеленгования малоразмерного (с малой отражательной способностью) морского объекта.
4. Низкая достоверность распознавания морских объектов.
Известен способ формирования направленного излучения НЧ-сигналов, заключающийся в формировании и усилении двух близких по частоте звуковых сигналов на частотах ω 1 и ω 2, которые затем смешиваются в сумматоре и подаются на излучатель накачки, с помощью которого облучают заданный участок водной среды. При этом усиление генерации НЧ-сигналов ВРЧ частоты достигается за счет создания в прилегающей к излучателю ВЧ-сигналов накачки области среды кавитирующих пузырьков /Патен США №3964013, опубл. 15.06.76 г./.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Сложность реализации способа.
2. Низкая помехоустойчивость способа из-за ненаправленного (слабонаправленного) приема отраженных сигналов.
3. Сложность обнаружения и пеленгования малоразмерного (с малой отражательной способностью) морского объекта.
4. Низкая достоверность распознавания морских объектов.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу относится способ формирования направленного излучения низкочастотных сигналов, заключающийся в формировании, усилении и излучении в водную среду двух высокочастотных сигналов накачки на частотах ω 1 и ω 2, близких к резонансной частоте биологических рассеивателей звука ω s, доминирующих в области взаимодействия высокочастотных сигналов накачки в данное время суток в конкретном географическом районе Мирового океана, генерации в водной среде низкочастотной волны разностной частоты Ω =ω 1-ω 2, лоцировании исследуемого объекта и получении отраженной волны разностной частоты Ω ’ /Способ формирования направленного излучения низкочастотных сигналов. - Патент РФ №2096807, приоритет 01.02.94 г., заявка №94003782/.
К недостаткам данного способа относятся:
1. Низкая эффективность способа при отсутствии биологических рассеивателей звука (их незначительной концентрации) в области взаимодействия высокочастотных волн накачки.
2. Низкая помехоустойчивость способа из-за ненаправленного (слабо направленного) приема отраженных сигналов.
3. Сложность обнаружения и пеленгования малоразмерного (с малой отражательной способностью) морского объекта.
4. Низкая достоверность распознавания морских объектов.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от перечисленных выше недостатков.
Технический результат предложенного способа заключается в высоконаправленном излучении в нелинейную водную среду широкополосных гидроакустических сигналов, лоцировании ими объекта поиска, высоконаправленном приеме отраженных от лоцируемого объекта широкополосных гидроакустических сигналах, распознавании объекта и определении его пространственных координат в условиях повышенных шумов моря и интенсивной реверберации.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, заключающемся в формировании, усилении и излучении в водную среду ВЧ-сигналов накачки на частотах ω 1 и ω 2, генерации в водной среде волны разностной частоты Ω =ω 1-ω 2, лоцировании с ее помощью исследуемого объекта и получении отраженной волны разностной частоты Ω ’ ВЧ-сигналы накачки на частотах ω 1 и ω 2,, близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя ВЧ-сигналов накачки ω 1 и ω 2, волна разностной частоты является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта: морское животное, подводный аппарат или человек, находящиеся в толще воды; природный газ на морском шельфе; рыбы с плавательным пузырем в промысловом скоплении и др.; дополнительно формируется, усиливается и непрерывно излучается в водную среду ВЧ-сигнал накачки на частоте ω 3, близкой ко второй гармонике резонансной частоты пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя ВЧ-сигнала накачки ω 3; дополнительно высоконаправленно принимаются и усиливаются ВЧ-сигналы на комбинационных частотах ω 3±Ω, которые затем демодулируются и фильтруются с целью выделения из них широкополосного сигнала разностной частоты Ω ’.
Повышение эффективности способа (при отсутствии биологических рассеивателей звука или их незначительной концентрации в области взаимодействия высокочастотных волн накачки) достигается за счет того, что ВЧ-сигналы накачки на частотах ω 1 и ω 2,, близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя ВЧ-сигналов накачки ω 1 и ω 2.
Повышение помехоустойчивости способа достигается за счет реализации высоконаправленного приема отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналов.
Упрощение процессов обнаружения и пеленгования малоразмерного (с малой отражательной способностью) морского объекта достигается за счет того, что волна разностной частоты является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта, а также за счет реализации высоконаправленного приема отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналов.
Повышение достоверности распознавания морских объектов достигается за счет того, что волна разностной частоты является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта, а также за счет реализации высоконаправленного приема отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналов.
Отличительные от прототипа признаки заявляемого способа. 1.
Высокочастотные сигналы накачки на частотах ω 1 и ω 2 близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя ВЧ-сигналов накачки ω 1 и ω 2. 2. Волна разностной частоты является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта: морское животное, подводный аппарат или человек, находящиеся в толще воды; природный газ на морском шельфе; рыбы с плавательным пузырем в промысловом скоплении и др.
3. Дополнительно формируется, усиливается и непрерывно излучается в водную среду высокочастотный сигнал накачки на частоте ω 3, близкой ко второй гармонике резонансной частоты пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя ВЧ-сигнала накачки ω 3.
4. Дополнительно высоконаправленно принимаются и усиливаются ВЧ-сигналы на комбинационных частотах ω 3±Ω , которые затем демодулируются и фильтруются с целью выделения из них широкополосного полезного сигнала на частоте Ω .
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.
Признаки 1 и 4 являются известными в нелинейной гидроакустике.
Признак 2 является известным в гидроакустике. Однако неизвестно его использование для обнаружения, классификации и определения пространственных координат исследуемого объекта: морское животное, подводный аппарат или человек, находящиеся в толще воды; природный газ на морском шельфе; рыбы с плавательным пузырем в скоплении и др.
Признак 3 является новым.
Таким образом, наличие новых признаков в совокупности с известными обеспечивают появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - обеспечить эффективное обнаружение, классификацию и определение пространственных координат иисследуемого объекта в условиях повышенных шумов моря и интенсивной реверберации за счет высоконаправленного излучения широкополосных гидроакустических сигналов, лоцировании ими исследуемого объекта и высоконаправленном приеме отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналах.
В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных в гидроакустике, а именно выполнение операций в предложенной последовательности, и приводит к качественно новому эффекту.
Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".
На фиг.1 представлена функциональная схема реализации разработанного способа высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов, отраженных от исследуемого объекта: морское животное, подводный аппарат или человек, находящиеся в толще воды; природный газ на морском шельфе; рыбы с плавательным пузырем в промысловом скоплении и др.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов.
Устройство содержит блоки параметрического высоконаправленного излучения широкополосных гидроакустических сигналов (1), параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9), а также последовательно электрически соединенные анализатор (19) и электронно-вычислительную машину (20).
При этом блок параметрического высоконаправленного излучения широкополосных гидроакустических сигналов (1) содержит генераторы (2) и (3), подключенные к входам смесителя (4) параллельно друг другу и последовательно электрически соединенные смеситель (4), усилитель мощности (5) и излучатель ВЧ-сигналов накачки (6).
Канал излучения ВЧ-сигнала накачки ω 3 (8) блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9) содержит последовательно электрически соединенные генератор (10), усилитель мощности (11) и излучателя ВЧ-сигнала накачки ω 3 (12).
Канал приема ВЧ-сигналов комбинационных частот (14) блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9) содержит последовательно электрически соединенные ВЧ приемную антенну (13), имеющую компенсатор (15) для формирования и сканирования ХН в заданной плоскости, усилитель (16), демодулятор (17) и фильтр низких частот (18), являющийся выходом канала приема ВЧ-сигналов комбинационных частот (14) блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9).
Способ реализуется следующим образом (фиг.1, фиг.2).
В блоке параметрического высоконаправленного излучения широкополосных гидроакустических сигналов (1) с помощью генераторов (2) и (3) осуществляется формирование высокочастотных (ВЧ) сигналов накачки на частотах ω 1 и ω 2, которые затем смешиваются на смесителе (4), усиливаются в усилителе мощности (5) и подаются на излучатель ВЧ-сигналов накачки (6), с помощью которого осуществляется излучении в водную среду ВЧ-сигналов накачки на частотах ω 1 и ω 2. При этом ВЧ-сигналы накачки на частотах ω 1 и ω 2 близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя (6) ВЧ-сигналов накачки ω 1 и ω 2. В нелинейной водной среде происходит генерация широкополосной гидроакустической волны разностной частоты Ω =ω 1-ω 2, с помощью которой лоцируют исследуемый объект и получают отраженную широкополосную гидроакустическую волну разностной частоты Ω ’. При этом широкополосная гидроакустическая волна разностной частоты Ω ’ близка к резонансным частотам ω 3 исследуемого объекта (7): морское животное, подводный аппарат или человек, находящиеся в толще воды; природный газ на морском шельфе; рыбы с плавательным пузырем в промысловом скоплении и др.
В канале излучения ВЧ-сигнала накачки ω 3 (8) блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9) с помощью генератора (10), усилителя мощности (11) и излучателя (12) ВЧ-сигнала накачки ω 3, формируется, усиливается и непрерывно излучается в водную среду ВЧ-сигнал накачки на частоте ω 3, близкой ко второй гармонике резонансной частоты пузырьков воздуха 2ω 0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя (12) ВЧ-сигнала накачки ω 3. Рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ-сигнал накачки на частоте ω 3 взаимодействует с широкополосным гидроакустическим сигналом разностной частоты, отраженным от исследуемого объекта (7) Ω ’. При этом образуются ВЧ-волны комбинационных частот ω 3±Ω ’, которые распространяются, в том числе, в сторону ВЧ приемной антенны (13) канала приема ВЧ-сигналов комбинационных частот (14) блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9), имеющей компенсатор (15) для формирования и сканирования характеристики направленности (ХН) в заданной плоскости. Далее ВЧ-сигналы на комбинационных частотах ω 3±Ω усиливаются в усилителе (16) и подаются на демодулятор (17). В демодуляторе осуществляется выделение широкополосных гидроакустических сигналов на частоте Ω ’ из ВЧ модуляционных частот ω 3±Ω ’ методом детектирования. С выхода демодулятора (17) широкополосный гидроакустический сигнал Ω ’ подается на фильтр низких частот (18), являющийся выходом канала приема ВЧ-сигналов комбинационных частот (14) блока параметрического высоконаправленного приема широкополосных гидроакустических сигналов (9), в котором происходит уменьшения уровня ВЧ-помех. Далее широкополосный гидроакустический сигнал Ω ’ подается на анализатор (19), где производится спектральный анализ (с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков) широкополосного гидроакустического сигнала на частотах Ω ’, а также его сравнение с эталонными сигналами. В электронно-вычислительной машине (20), подключенной к выходу анализатора (19), принимается решение об обнаружении исследуемого объекта (7), осуществляется его классификация и определяются его пространственные координаты.
На фиг.3а представлена экспериментально полученная зависимость параметра нелинейности водной среды от частоты сигнала и горизонта расположения акустической системы "излучатель-приемник" /Буланов В.А. Акустика микронеоднородных жидкостей и методы акустической спектроскопии// Диссертация д.ф.-м.н.-Вл-к.: ИПМТ ДВО РАН, 1996, с.358-391/. Как видно из фиг.3а, существует ярко выраженная зависимость параметра нелинейности приповерхностного слоя водной среды от частоты. При этом значение параметра нелинейности на частоте ~30 кГц достигают значения ~ 300, что ~ на 2 порядка выше, чем для параметра нелинейности однородной водной среды /Новиков Б.К., Руденко С.В., Тимошенко В.Н. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1978, с.7-12/. На фиг.3б представлена графическая зависимость параметра нелинейности водной среды, зарегистрированная в совместных экспериментах на гидрофизическом Полигоне ТОИ ДВО РАН в заливе Петра Великого, Японское море /Бахарев С.А., Бондарь Л.Ф., Горкавенко В.В. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. - Отчет о НИР "Акватория", ГК по рыболовству. - Вл-к, Дальрыбвтуз, 1999, 151 с./. Как видно из фиг.3б, в ночные часы (когда биологические звукорассеивающие слои поднимаются ближе к поверхности моря) параметр нелинейности водной среды наиболее постоянен во времени, а его значения (~ 30) ~на порядок выше, чем для параметра нелинейности однородной водной среды.
Анализируя данные, представленный на фиг.3а и фиг.3б, можно сделать однозначный вывод о том, что разработанный способ более эффективен, чем способ-прототип, по генерации широкополосной гидроакустической волны разностной частоты, т.к. параметр нелинейности водной среды (характеризующий эффективность взаимодействия акустических ВЧ-волн накачки) при реализации разработанного способа ~ на порядок выше.
На фиг.3в и фиг.3г для сравнения представлены экспериментально полученные эхограммы с помощью параметрического и обычного эхолота, соответственно, работающих на частоте 12 кГц. Как видно из фиг.3г, параметричекий эхолот обладает, по крайней мере, тремя основными преимуществами. Во-первых, рыбы в скоплении выглядят как отдельные отражатели гидроакустических сигналов. Во-вторых, дно имеет вид резкой границы с некоторыми неровностями. В-третьих, токая структура в толще дна выявляется гораздо отчетливее/ Т.Дж. Мюир. Нелинейная акустика и ее роль в геофизике морских осадков //В кн. Акустика дна океана/ Под ред. У.Купермана и Ф.Енсена. - М.: Мир, 1982, с.260-262/. Анализ результатов, представленных на фиг.3в и фиг.3г, позволяет сделать вывод о том, что недостатки традиционных эхолотов обусловлены, главным образом, усреднением сигналов в пределах более широкой (36° по сравнению с 3° у параметрического эхолота на частоте 12 кГц) диаграммы линейной системы.
На фиг.4 представлены сравнительные результаты экспериментальных исследований, полученные с помощью линейной (традиционной) антенны и параметрической приемной антенны, имеющей аналогичные волновые размеры /Бахарев С.А., Бондарь Л.Ф., Горкавенко В.В. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. - Отчет о НИР "Акватория", ГК по рыболовству. - Вл-к, Дальрыбвтуз, 1999, 151 с./. Как видно из фиг.4а и фиг.4б, при пеленговании тонального сигнала частотой 635 Гц направленность у параметрической приемной антенны (ППА) ~6 раз выше, чем у линейной антенны. Для примера, на фиг.4в представлен отклик ППА при пеленговании тонального сигнала 28,5 Гц, сонограмма которого представлена фиг.4г. Как видно из фиг.4б и фиг.4в, изменение частоты полезного НЧ-сигнала с 635 Гц до 28,5 Гц не приводит к заметному изменению ширины основного максимума ХН ППА.
На фиг.5 представлены результаты экспериментальных исследований по оценке протяженности зоны взаимодействия акустических волн в ППА (фиг.5а), влиянию частоты ВЧ-сигналов накачки (фиг.5б) и влиянию частоты полезного НЧ-сигнала на эффективность ППА (фиг.5в) /Бахарев С.А., Бондарь Л.Ф., Горкавенко В.В. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. - Отчет о НИР "Акватория", ГК по рыболовству. - Вл-к, Дальрыбвтуз, 1999, 151 с./. Как видно из фиг.5а, акустические волны ВЧ-накачки и НЧ полезного сигнала наиболее эффективно взаимодействуют друг с другом на расстоянии 30-70 м от приемного элемента ППА при частоте ВЧ-сигнала накачки 64 кГц (2-я гармоника резонансной частоты пузырьков воздуха, находящихся в приповерхностном слое воды - фиг.3а). На фиг.5б в виде гистограмм представлены частотные зависимости относительного коэффициента эффективности (Э) нелинейного взаимодействия акустических волн. Как видно из 5б, наиболее предпочтительными для реализации разработанного способа высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов являются частоты ~32 кГц (относительная эффективность 1), ~16 кГц и ~64 кГц (относительная эффективность 0,75). Для исключения возможного отрицательного влияния частот ВЧ-сигналов накачки параметрической излучающей (ПИА) и ППА друг на друга, а также на другие (навигационные, рыбопоисковые и др.) судовые гидроакустические средства в качестве ВЧ-сигналов накачки для ПИА и ППА использовались частоты 32 и 64 кГц, соответственно. Как видно из фиг.5в выигрыш в помехоустойчивости ППА (в соотношении сигнал/помеха), по сравнению с линейной антенной с аналогичными волновыми размерами, возрастает при понижении частоты полезного НЧ-сигнала и достигает ~27 дБ (при 95% доверительном интервале).
На фиг.6 представлены результаты экспериментальных исследований по оценке эффективности двух гидроакустических средств, реализующих разработанный способ высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов, по сравнению со способом-прототипом /Бахарев С.А., Бондарь Л.Ф., Горкавенко В.В. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. - Отчет о НИР "Акватория", ГК по рыболовству. - Вл-к, Дальрыбвтуз, 1999, 151 с./. При этом из-за технических ограничений частоты ВЧ-сигналов накачки для ПИА и ППА составляли 8 и 16 кГц, соответственно. Как видно из фиг.6, даже в неоптимальных условиях только в 2-х случаях из 35 (для 1-го гидроакустического средства) и только в 5-и случаях из 39 (для 2-го гидроакустического средства) у разработанного способа дальность оказалась небольше (была меньше, или равнялась), чем у способа-прототипа.
На фиг.7 представлен внешний вид излучателя широкополосных гидроакустических сигналов, использовавшегося при проведении экспериментальных исследований с ППА.
Повышение эффективность способа достигнуто за счет того, что ВЧ-сигналы накачки на частотах ω 1 и ω 2 близки к резонансной частоте пузырьков воздуха (ω о=32 кГц), находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя ВЧ-сигналов накачки ω 1 и ω 2.
Повышение помехоустойчивости способа достигнуто за счет реализации высоконаправленного (~в 6 на фиг.4а,б) приема отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналов.
Упрощение процессов обнаружения и пеленгования исследуемого объекта достигнуто за счет того, что волна разностной частоты является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта, а также за счет реализации высоконаправленного приема отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналов.
Повышение достоверности распознавания морских объектов достигнуто за счет того, что волна разностной частоты является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта, а также за счет реализации высоконаправленного приема отраженных от исследуемого объекта широкополосных гидроакустических сигналов.
Способ высоконаправленного излучения и приема широкополосных гидроакустических сигналов, заключающийся в формировании, усилении и излучении в водную среду высокочастотных сигналов накачки на частотах ω1 и ω2 и генерации в водной среде волны разностной частоты Ω=ω1-ω2, с ее помощью лоцируют исследуемый объект и получают отраженную волну разностной частоты Ω’, отличающийся тем, что высокочастотные сигналы накачки на частотах ω1 и ω2 близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя высокочастотных сигналов накачки ω1 и ω2, волна разностной частоты Ω является широкополосной и близка к резонансным частотам исследуемого объекта, дополнительно формируется, усиливается и непрерывно излучается в водную среду высокочастотный сигнал накачки на частоте ω3, близкой ко второй гармонике резонансной частоты пузырьков воздуха ω0, находящихся в приповерхностном слое воды в районе расположения излучателя высокочастотного сигнала накачки ω3, дополнительно высоконаправленно принимаются и усиливаются высокочастотные сигналы на комбинационных частотах ω3±Ω’, которые затем демодулируются и фильтруются с целью выделения из них отраженного от исследуемого объекта широкополосного сигнала разностной частоты Ω’.