RU2308053C1 - Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas - Google Patents
Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308053C1 RU2308053C1 RU2006100113/28A RU2006100113A RU2308053C1 RU 2308053 C1 RU2308053 C1 RU 2308053C1 RU 2006100113/28 A RU2006100113/28 A RU 2006100113/28A RU 2006100113 A RU2006100113 A RU 2006100113A RU 2308053 C1 RU2308053 C1 RU 2308053C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- signal
- low
- useful
- receiving
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области акустики, нелинейной гидроакустики в частности, и может быть использовано для определения уровня паразитной модуляции, обусловленной нелинейным взаимодействием сигналов в гидроакустических средствах (ГАС), в состав которых входят параметрические приемные антенны (ППА), а также для определения уровня полезной модуляции, обусловленной нелинейным взаимодействием высокочастотного (ВЧ) сигнала накачки с низкочастотным (НЧ) полезным сигналом в неоднородной среде непосредственно в процессе функционирования ППА с возможностью оперативно изменять уровни модуляций.The invention relates to the field of acoustics, nonlinear hydroacoustics in particular, and can be used to determine the level of parasitic modulation due to nonlinear interaction of signals in hydroacoustic means (HAS), which include parametric receiving antennas (PAP), as well as to determine the level of useful modulation due to the nonlinear interaction of a high-frequency (HF) pump signal with a low-frequency (LF) useful signal in an inhomogeneous medium directly during operation PAP with the ability to quickly change modulation levels.
Технический результат предложенного способа заключается в обеспечении эффективного функционирования ГАС с ППА для обнаружения и распознавания различных объектов за счет постоянного контроля уровня паразитной модуляции в приемном тракте и (или) на приемном элементе ППА, а также уменьшения уровня паразитной модуляции и (или) оперативного увеличения уровня полезной модуляции путем изменения параметров ВЧ сигнала накачки (частота, форма, амплитуда и др.) в зависимости от изменения акустических характеристик (резонансная частота, сила слоя, пространственная протяженность и др.) рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом резонансных частот в амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) приемного элемента ППА.The technical result of the proposed method is to ensure the effective functioning of the GAS with the PAP for the detection and recognition of various objects by constantly monitoring the level of spurious modulation in the receiving path and (or) on the receiving element of the PAP, as well as reducing the level of spurious modulation and (or) operational level increase useful modulation by changing the parameters of the rf pump signal (frequency, shape, amplitude, etc.) depending on the change in acoustic characteristics (resonant frequency, layer strength , Spatial extent, and others.) Stereo scatterers dominant in PAP, as well as the resonant frequency in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the receiving element PAP.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Носитель ППА находится в неоднородной, содержащей приповерхностный пузырьковый слой (ППС), глубинный пузырьковый слой (ГПС) и донный пузырьковый слой (ДПС), среде. В районе присутствует воздушный объект (ВО), излучающий в неоднородную водную среду НЧ дискретные составляющие (ДС) на частоте Ωво, или (и) надводный объект (НО), излучающий НЧ ДС на частоте Ωно, или (и) подводный объект (ПО), излучающий НЧ ДС на частоте Ωпо, - объекты поиска для ГАС с ППА.The PPA carrier is located in an inhomogeneous medium containing a near-surface bubble layer (PPS), a deep bubble layer (GPS), and a bottom bubble layer (DPS). In the area there is an air object (IN), emitting in heterogeneous aqueous medium low frequency discrete components (DS) on Ω the frequency of, or (ii) surface objects (NO), which emits low-frequency DC on Ω frequency but, or (ii) an underwater object ( oN), emitting low-frequency DC at a frequency of Ω - search facilities for the CEO with the PAP.
В тракте с помощью перестраиваемого по частоте генератора ВЧ сигнала формируется, ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука. В усилителе данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя излучается в неоднородную среду. Рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука принимается приемным элементом ППА, усиливается в предварительном усилителе, фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре, детектируется в детекторе и усиливается в усилителе НЧ сигнала. Далее огибающая ВЧ сигнала ω через коммутатор поступает на спектроанализатор, в котором определяются его параметры, а с выхода последнего - в решающее устройство, в котором сравнивают принятый сигнал с эталонным сигналом. Таким образом осуществляется акустическая спектроскопия рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также оцениваются возможные параметры ВЧ сигнала накачки ωн, с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента ППА.In the tract, using the frequency-tunable RF signal generator, the RF signal ω of the acoustic spectroscopy of sound diffusers is formed. In the amplifier, this signal is amplified to the required level, and with the help of a radiator it is radiated into an inhomogeneous medium. Scattering on the inhomogeneities of the aqueous medium, the HF signal ω of the acoustic spectroscopy of sound scatterers is received by the receiving element of the PAP, amplified in a pre-amplifier, filtered from LF and HF interference in a band-pass filter, detected in the detector and amplified in the LF signal amplifier. Next, the envelope of the RF signal ω through the switch goes to a spectrum analyzer, in which its parameters are determined, and from the output of the latter, to a decoding device, in which the received signal is compared with the reference signal. In this way, acoustic spectroscopy of sound scatterers dominating in the area of PAP is carried out, and possible parameters of the RF pump signal ω n are estimated, taking into account the resonant frequencies in the frequency response of the receiving element of the PAP.
В тракте с помощью генератора ВЧ сигнала накачки ωн формируется ВЧ сигнал накачки ωн. В усилителе мощности данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя излучается в неоднородную среду. Рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ сигнал накачки ωн взаимодействует с НЧ полезным сигналом Ω ( Ωво, Ωно или Ωпо), при этом образуется ВЧ сигнал комбинационных частот ωн± Ω, который принимается приемным элементом ППА, усиливается в предварительном усилителе, фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре, центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки ωн, детектируется в детекторе и усиливается в усилителе НЧ сигнала. Далее НЧ полезный сигнал Q через коммутатор поступает на спектроанализатор, в котором определяются его параметры, а с выхода последнего - в решающее устройство, в котором сравнивают принятый НЧ полезный сигнал с эталонным НЧ полезным сигналом. Таким образом осуществляется обнаружение и распознавание заданного объекта поиска.The path through the RF generator pump signal n ω rf is generated pump signal ω n. In the power amplifier, this signal is amplified to the required level, and with the help of a radiator it is radiated into an inhomogeneous medium. Scattering on the inhomogeneities of the aqueous medium, the RF pump signal ω n interacts with the low frequency useful signal Ω (Ω in , Ω but or Ω in ), and an RF signal of combination frequencies ω n ± Ω is generated, which is received by the receiver element of the PAP, amplified in a preamplifier , is filtered from the low-frequency and high-frequency noise in a band-pass filter, the center frequency of which corresponds to the frequency of the high-frequency pump signal ω n , is detected in the detector and amplified in the low-frequency signal amplifier. Next, the LF useful signal Q through the switch enters the spectrum analyzer, in which its parameters are determined, and from the output of the latter, to the decider, in which the received LF useful signal is compared with the reference LF useful signal. Thus, the detection and recognition of a given search object is performed.
В тракте с помощью генератора НЧ калибровочного сигнала формируется НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω. В усилителе данный сигнал усиливают до необходимого уровня, а при помощи излучателя, установленного в непосредственной близости от приемного элемента и НЧ гидрофона, излучают в направлении приемного элемента НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω. При этом уровень излучения НЧ калибровочного сигнала Ω-Δ Ω устанавливают с помощью усилителя таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента, равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала Ω. В усилителе НЧ полезный и НЧ калибровочный сигналы усиливают до необходимого уровня, а через коммутатор их подают на спектроанализатор и далее в решающее устройство. При этом если амплитуда ДС на частоте Ω больше амплитуды ДС на частоте Ω-Δ Ω, то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте Ω носит акустический характер, а если амплитуда ДС на частоте Ω равна амплитуде ДС на частоте Ω-Δ Ω, то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте Ω является собственной помехой работе ППА и принимают меры к устранению этого отрицательного фактора. Например, изменяют параметры ВЧ сигнала накачки ωн с учетом изменяющихся во времени и в пространстве акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом фиксированных резонансов в АЧХ приемного элемента ППА.In the path using the low-frequency generator of the calibration signal, the low-frequency calibration signal Ω-Δ Ω is generated. In the amplifier, this signal is amplified to the required level, and using a radiator installed in the immediate vicinity of the receiving element and the low-frequency hydrophone, the calibration signal Ω-Δ Ω is radiated in the direction of the low-frequency receiving element. In this case, the radiation level of the low-frequency signal of the calibration signal Ω-Δ Ω is set using the amplifier so that it develops sound pressure on the surface of the receiving element equal to the sound pressure of the low-frequency signal of the useful signal Ω. In the low-frequency amplifier, the useful and low-frequency calibration signals are amplified to the required level, and through the switch they are fed to a spectrum analyzer and then to a resolver. Moreover, if the amplitude of the DS at the frequency Ω is greater than the amplitude of the DS at the frequency Ω-Δ Ω, then they decide that the received low-frequency signal at the frequency Ω is acoustic, and if the amplitude of the DS at the frequency Ω is equal to the amplitude of the DS at the frequency Ω-Δ Ω, then decide that the received low-frequency signal at the frequency Ω is an inherent obstacle to the operation of the control panel and take measures to eliminate this negative factor. For example, the parameters of the RF pump signal ω n are changed taking into account the acoustic characteristics of the sound diffusers that dominate in the area of the PSA, which vary in time and space, and also taking into account the fixed resonances in the frequency response of the PSA receiving element.
При необходимости с выхода перестраиваемого генератора ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука, близкий по частоте и уровню к ВЧ сигналу накачки ωн, подается на первый вход сумматора. На второй вход сумматора с выхода генератора подается НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω. С выхода сумматора ВЧ сигнал на комбинационных частотах (исключительно электрического происхождения) ω±( Ω-Δ Ω) подается на вход приемного тракта или отдельных его блоков, или даже отдельных элементов в соответствующем блоке. Далее процедура калибровки полностью, по аналогии со сквозной калибровкой, повторяется.If necessary, from the output of the tunable RF generator, the signal ω of acoustic spectroscopy of sound diffusers, close in frequency and level to the RF pump signal ω n , is fed to the first input of the adder. At the second input of the adder from the output of the generator, a low-frequency calibration signal Ω-Δ Ω is applied. From the output of the adder, the HF signal at combination frequencies (exclusively of electrical origin) ω ± (Ω-Δ Ω) is fed to the input of the receiving path or its individual blocks, or even individual elements in the corresponding block. Further, the calibration procedure is completely repeated, similar to through calibration.
Известен способ измерения нелинейных искажений приемного тракта, заключающийся в количественной оценке амплитудной характеристики - зависимости выходного напряжения от входного. В этом случае определяют динамический диапазон, в пределах которого тракт является линейным. Визуальное наблюдение гармонического сигнала на экране осциллографа позволяет по виду кривой качественно оценить величину искажения сигнала. При этом заметными становятся искажения более 6-10% амплитуды сигнала [1].A known method of measuring nonlinear distortion of the receiving path, which consists in quantifying the amplitude characteristics - the dependence of the output voltage on the input. In this case, determine the dynamic range within which the path is linear. Visual observation of the harmonic signal on the oscilloscope screen allows you to qualitatively estimate the signal distortion by the shape of the curve. In this case, distortions of more than 6-10% of the signal amplitude become noticeable [1].
К недостаткам данного способа относятся:The disadvantages of this method include:
1. Низкая точность способа.1. Low accuracy of the method.
2. Невозможность использования для калибровки ППА и др.2. The inability to use for calibration of PAP, etc.
Известен способ калибровки ППА, заключающийся в том, что излучатели ВЧ сигнала накачки и полезного сигнала размещаются в диаметрально противоположных направлениях на одинаковых расстояниях от приемного элемента ППА, электрически соединенного с приемным трактом ГАС. При этом ВЧ сигнал накачки и полезный сигнал излучаются импульсно так, чтобы озвученные области пространства перекрывались в области взаимодействия данных сигналов. В дальнейшем, для различных уровней звукового давления ВЧ сигнала накачки и НЧ полезного сигнала определяется, путем изменения уровня излучения, амплитуда комбинационных составляющих и принимается за пороговую при производстве работ с ППА [2].A known method of calibrating the PAP, which consists in the fact that the emitters of the RF pump signal and the useful signal are placed in diametrically opposite directions at equal distances from the PAP receiving element, electrically connected to the GAS receiving path. In this case, the RF pump signal and the useful signal are radiated pulsed so that the voiced regions of space overlap in the region of interaction of these signals. Further, for different sound pressure levels, the RF pump signal and the useful signal LF are determined, by changing the radiation level, the amplitude of the combination components and is taken as the threshold when working with PAP [2].
К недостаткам данного способа относятся следующие:The disadvantages of this method include the following:
1. Возможность калибровки ППА только при приеме ВЧ полезного сигнала.1. The ability to calibrate the PAP only when receiving the RF useful signal.
2. Низкая точность калибровки.2. Low calibration accuracy.
3. Невозможность определять место паразитной модуляции.3. Inability to determine the location of spurious modulation.
4. Невозможность определять уровень полезной модуляции.4. Inability to determine the level of useful modulation.
5. Невозможность калибровки в процессе функционирования ППА и др.5. The impossibility of calibration during the operation of the PAP, etc.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, калибровки ГАС с ППА, заключающийся в излучении ВЧ сигнала накачки ωн и НЧ полезного сигнала Ω, приеме ВЧ сигналов комбинационных частот ωн± Ω, выделении собственной помехи, обусловленной взаимодействием ВЧ сигнала накачки ωн и НЧ полезного сигнала Ω в приемном тракте ГАС с ППА, при этом ВЧ сигнал накачки ωн излучается в непосредственной близости от приемного элемента ППА, ВЧ сигнал накачки ωн и НЧ полезный сигнал Ω излучаются непрерывно и последний является тональным, в непосредственной близости от приемного элемента ППА излучают НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω, где величину Δ Ω устанавливают такой, чтобы разность ωн- Ω-Δ Ω укладывалась в пределах резонансной кривой приемного элемента ППА с учетом того, что ВЧ сигнал накачки ωн соответствует резонансу, уровень излучения НЧ калибровочного сигнала Ω-Δ Ω, устанавливают таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента ППА, равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала Ω, при этом уровень звукового давления калибровочного НЧ сигнала с частотой Ω-Δ Ω, и НЧ полезного сигнала с частотой Ω контролируют с помощью измерительного гидрофона, совмещенного с приемным элементом ППА, на выходе приемного тракта ГАС регистрируют сигналы на частотах Ω и Ω-Δ Ω, сравнивают амплитуды ДС сигнала на частоте Ω и сигнала на частоте Ω-Δ Ω и, если амплитуда ДС сигнала на частоте Ω больше амплитуды ДС на частоте Ω-Δ Ω, принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте Ω носит акустический характер, а если амплитуда ДС сигнала на частоте Ω равна амплитуде ДС сигнала на частоте Ω-Δ Ω, принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте Ω является собственной помехой ППА [3].Closest to the technical nature of the claimed method relates to the method selected as a prototype method of calibrating a HAS with a PSA, which consists in emitting an HF pump signal ω n and an LF useful signal Ω, receiving HF signals of Raman frequencies ω n ± Ω, isolating intrinsic interference, due to the interaction of the rf pump signal ω n and the low frequency of the useful signal Ω in the GAS receiver path with the transmitter, while the rf pump signal ω n is emitted in the immediate vicinity of the receiver element of the PAS, the rf pump signal ω n and the low frequency useful signal Ω emit continuous and the latter is tonal, in the immediate vicinity of the receiving element of the PAP emit a low-frequency calibration signal Ω-Δ Ω, where the value of Δ Ω is set so that the difference ω n - Ω-Δ Ω fits within the resonance curve of the receiving element of the PAP that the RF pump signal ω n corresponds to the resonance, the radiation level of the LF calibration signal Ω-Δ Ω, is set so that it develops the sound pressure on the surface of the receiving element of the PAP equal to the sound pressure of the low frequency of the useful signal Ω, while the sound pressure level of the calibration low-frequency signal with a frequency of Ω-Δ Ω, and the low-frequency signal of a useful signal with a frequency of Ω are controlled using a measuring hydrophone combined with the receiving element of the control panel, signals at frequencies of Ω and Ω-Δ Ω are recorded at the output of the GAS receiving path, and the amplitudes are compared DS signal at a frequency Ω and a signal at a frequency Ω-Δ Ω and, if the amplitude of a DS signal at a frequency Ω is greater than the amplitude of a DS at a frequency Ω-Δ Ω, they decide that the received signal at a frequency Ω is acoustic, and if the amplitude DS signal at a frequency Ω equal a DC amplitude signal Δ Ω-Ω frequency, decide that a received signal at the frequency Ω is self interference PAP [3].
Основными недостатками способа-прототипа являются:The main disadvantages of the prototype method are:
1. Недостаточная точность определения уровня паразитной модуляции, т.к. калибровка ППА была проведена в других условиях и не учитываются изменяющееся параметры среды.1. The lack of accuracy in determining the level of spurious modulation, because PAP calibration was carried out in other conditions and does not take into account the changing environmental parameters.
2. Невозможность определять место паразитной модуляции (приемный элемент ППА или электронные блоки приемного тракта ГАС).2. The inability to determine the location of parasitic modulation (receiving element PAP or electronic components of the receiving path GAS).
3. Невозможность определять уровень полезной модуляции.3. The inability to determine the level of useful modulation.
4. Невозможность оперативно увеличивать уровень полезной модуляции.4. The inability to quickly increase the level of useful modulation.
5. Невозможность оперативно уменьшить уровень паразитной модуляции.5. The inability to quickly reduce the level of spurious modulation.
6. Невозможность калибровки в процессе функционирования ППА и др.6. The inability to calibrate during the operation of the PAP, etc.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от указанного выше недостатка.The problem that is solved by the invention is to develop a method free from the above disadvantage.
Технический результат предложенного способа заключается в обеспечении эффективного функционирования ГАС с ППА для обнаружения и распознавания различных объектов за счет постоянного контроля уровня паразитной модуляции в приемном тракте и (или) на приемном элементе ППА, а также уменьшения уровня паразитной модуляции и (или) оперативного увеличения уровня полезной модуляции путем изменения параметров ВЧ сигнала накачки в зависимости от изменения акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента ППА.The technical result of the proposed method is to ensure the effective functioning of the GAS with the PAP for the detection and recognition of various objects by constantly monitoring the level of spurious modulation in the receiving path and (or) on the receiving element of the PAP, as well as reducing the level of spurious modulation and (or) operational level increase useful modulation by changing the parameters of the rf pump signal depending on the change in the acoustic characteristics of the sound diffusers that dominate in the area of PAP, as well as th resonant frequencies in the frequency response of the receiving element PAP.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе калибровки ГАС с ППА, заключающемся в излучении ВЧ сигнала накачки ωн и НЧ полезного сигнала Ω, приеме ВЧ сигналов комбинационных частот ω± Ω, выделении методом детектирования собственной помехи, обусловленной взаимодействием ВЧ сигнала накачки ωн и НЧ полезного сигнала Ω в приемном тракте ГАС с ППА, при этом ВЧ сигнал накачки ωн и НЧ полезный сигнал Ω излучаются непрерывно и последний является тональным, в непосредственной близости от приемного элемента ППА излучают НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω, где величину Δ Ω устанавливают такой, чтобы разность ωн- Ω-Δ Ω укладывалась в пределах резонансной кривой приемного элемента ППА с учетом того, что ВЧ сигнал накачки ωн соответствует резонансу, уровень излучения НЧ калибровочного сигнала Ω-Δ Ω устанавливают таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента ППА, равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала Ω, при этом контролируют уровень звукового давления НЧ калибровочного сигнала Ω-Δ Ω и НЧ полезного сигнала Ω, на выходе приемного тракта ГАС регистрируют сигналы на частотах Ω и Ω-Δ Ω, сравнивают амплитуды ДС Ω и Ω-Δ Ω и, если амплитуда ДС на частоте Ω больше амплитуды ДС на частоте Ω-Δ Ω, принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте Ω носит акустический характер, а если амплитуда ДС на частоте Ω равна амплитуде ДС на частоте Ω-Δ Ω, принимают решение о том, что принятый сигнал на частоте Ω является собственной помехой ППА, в качестве НЧ полезного сигнала используется сигнал от ВО, НО или ПО, имеющий в своем спектре НЧ ДС, приемный элемент ППА имеет несколько резонансных частот, ВЧ сигнал накачки соответствует одному из резонансов приемного элемента и близок к резонансной частоте доминирующих рассеивателей звука, ВЧ сигнал накачки изменяется по уровню и частоте в рабочем диапазоне, дополнительно излучается перестраиваемый по частоте ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, дополнительно принимается рассеянный на неоднородностях среды ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука и анализируется на предмет количественной оценки уровня реверберации и ширины спектра реверберации, дополнительно экранируются от корпуса и между собой излучатель ВЧ сигнала накачки и приемный элемент, дополнительно НЧ калибровочный сигнал последовательно подается на вход каждого электронного блока приемного тракта ГАС с ППА.This goal is achieved by the fact that in the known method of calibrating HAS with PAP, which consists in emitting an RF pump signal ω n and an RF signal useful Ω, receiving RF signals of Raman frequencies ω ± Ω, isolating the interference method due to the interaction of the RF pump signal ω n LF and the desired signal in the receive path Ω ASG with PAP, the RF pump signal ω n and LF useful signal emitted continuously and Ω is the last tone in the vicinity of the receiving element PAP emit LF calibrations intramural signal Ω-Δ Ω, where the value Δ Ω is set such that the difference ω n - Ω-Δ Ω fit into the range of the resonant receiving BHK cell curve taking into account the fact that the RF pump signal ω n corresponds to the resonance, the radiation level LF calibration signal Ω -Δ Ω is set so that it develops sound pressure on the surface of the PSA receiving element equal to the sound pressure of the low frequency of the useful signal Ω, while the sound pressure level of the low frequency calibration signal Ω-Δ Ω and the low frequency of the useful signal Ω is monitored at the output of the receiving path The ASGs record signals at frequencies Ω and Ω-Δ Ω, compare the amplitudes of the DS Ω and Ω-Δ Ω, and if the amplitude of the DS at the frequency Ω is greater than the amplitude of the DS at the frequency Ω-Δ Ω, they decide that the received signal at the frequency Ω is acoustic in nature, and if the amplitude of the DS at the frequency Ω is equal to the amplitude of the DS at the frequency Ω-Δ Ω, they decide that the received signal at the frequency Ω is the PSA's own noise, as the LF of the useful signal, the signal from VO, BO, or PO is used having in its spectrum LF DS, the receiving element of the PAP has several resonant frequencies frequency, the rf pump signal corresponds to one of the resonances of the receiving element and is close to the resonant frequency of the dominant sound scatterers, the rf pump signal changes in level and frequency in the operating range, an additional frequency-tuned rf frequency signal ω of acoustic spectroscopy of sound diffusers dominating in the PAP region is emitted, additionally, the HF signal ω of the acoustic spectroscopy of sound diffusers scattered by the inhomogeneities of the medium is received and analyzed for a quantitative assessment of the the reverberation spectrum widths and widths are additionally shielded from the housing and between each other an RF pump emitter and a receiving element, additionally an LF calibration signal is sequentially fed to the input of each electronic block of the GAS receiving path from the control panel.
На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, с помощью которой реализуется разработанный способ калибровки ГАС с ППА.Figure 1 presents the functional diagram of the device, with the help of which the developed method for calibrating gas from a steam generator is implemented.
На фиг.2 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ калибровки ГАС с ППА.Figure 2 presents the structural diagram of a device that implements the developed method for calibrating gas from the PAP.
Устройство содержит носитель (1) ППА (2), включающую в себя несущую конструкцию (3) излучатель (4) ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука, излучатель (5) ВЧ сигнала накачки, приемный элемент (6), НЧ гидрофон (7), излучатель (8) НЧ калибровочного сигнала, при этом излучатель (5) ВЧ сигнала накачки и приемный элемент (6) отделены друг от друга и носителя (1) специальным гидроакустическим экраном (9); тракт (10) излучения ВЧ сигнала ω акустической спектроскопии рассеивателей звука, включающий в себя последовательно электрически соединенные перестраиваемый генератор (11) ВЧ сигнала и усилитель (12) ВЧ сигнала; тракт (13) излучения ВЧ сигнала накачки ωн, включающий в себя последовательно электрически соединенные генератор (14) ВЧ сигнала накачки и усилитель (15) мощности; приемный тракт (16), включающий в себя последовательно электрически соединенные предварительный усилитель (17) ВЧ сигнала, перестраиваемый полосовой фильтр (18), детектор (19) с большим динамическим диапазоном и усилитель (20) НЧ сигнала; тракт (21) излучения НЧ калибровочного сигнала, включающий в себя последовательно электрически соединенные генератор (22) и усилитель (23) НЧ калибровочного сигнала.The device contains a carrier (1) PAP (2), which includes the supporting structure (3) emitter (4) of the RF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers, emitter (5) of the RF pump signal, receiving element (6), low-frequency hydrophone (7), an emitter (8) of the low-frequency calibration signal, while the emitter (5) of the high-frequency pump signal and the receiving element (6) are separated from each other and the carrier (1) by a special sonar screen (9); the path (10) of the radiation of the RF signal ω of the acoustic spectroscopy of the sound diffusers, including a series-connected electrically tunable tunable generator (11) of the RF signal and an amplifier (12) of the RF signal; the path (13) of the radiation of the RF pump signal ω n , which includes a series-connected electrically connected generator (14) of the RF pump signal and the power amplifier (15); the receiving path (16), which includes a series-connected electrically connected pre-amplifier (17) of the high-frequency signal, a tunable band-pass filter (18), a detector (19) with a large dynamic range and an amplifier (20) of the low-frequency signal; a low-frequency emission signal path (21) of the calibration signal, including a series-electrically connected generator (22) and an low-frequency calibration signal amplifier (23).
Устройство также содержит усилитель (24) полезного НЧ сигнала и НЧ калибровочного сигналов, коммутатор (25), спектроанализатор (26), решающее устройство (27) и сумматор (28), на первый вход которого подается НЧ калибровочный сигнал с генератора НЧ калибровочного сигнала, а на второй вход которого подается ВЧ сигнал с перестраиваемого генератора ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука.The device also contains an amplifier (24) of a useful low-frequency signal and low-frequency calibration signals, a switch (25), a spectrum analyzer (26), a resolving device (27) and an adder (28), the first input of which is supplied with a low-frequency calibration signal from the low-frequency calibration signal generator, and to the second input of which an RF signal is supplied from a tunable generator of an RF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers.
На фиг.3 представлены типовые спектрограммы сигналов, регистрируемые на выходе усилителя (24) НЧ полезного и НЧ калибровочного сигналов (фиг.3а), на выходе усилителя (20) приемного тракта (16) при равенстве уровней полезной и паразитной модуляций - равенстве амплитуд ДС НЧ сигнала на частоте Ω и Ω-Δ Ω соответственно (фиг.3б), а также в случае преобладания уровня полезной модуляции над уровнем паразитной модуляции у разработанного способа (фиг.3в) и способа-прототипа (фиг.3г).Figure 3 presents typical spectrograms of the signals recorded at the output of the amplifier (24) of the low-frequency useful and low-frequency calibration signals (Fig. 3a), at the output of the amplifier (20) of the receive path (16) with equal levels of useful and spurious modulations - equal amplitudes of the DS The low-frequency signal at a frequency of Ω and Ω-Δ Ω, respectively (Fig.3b), and also in the case where the level of useful modulation prevails over the level of spurious modulation of the developed method (Fig.3c) and the prototype method (Fig.3d).
На фиг.4а и фиг.4в иллюстрируются вертикальные распределения скорости звука (С, м/с) с глубиной (H) в неоднородной морской среде, а также соответствующие им осциллограммы ВЧ сигнала 28 кГц, излученные в импульсном режиме с поверхности моря в сторону дна. Как видно из фиг.4б,г, в данном географическом районе, но в разное время суток имеются ППС, а также один ГПС - с осью на глубине ~160 м (фиг.4а,б) и несколько ГПС - в толще воды на горизонте ~130-180 м (фиг.4в,г).On figa and figv illustrates the vertical distribution of the speed of sound (C, m / s) with depth (H) in a heterogeneous marine environment, as well as the corresponding waveforms of the RF signal 28 kHz, emitted in a pulsed mode from the sea surface towards the bottom . As can be seen from fig.4b, d, in this geographical area, but at different times of the day there are PPS, as well as one GPS - with an axis at a depth of ~ 160 m (figa, b) and several GPS - in the water column at the horizon ~ 130-180 m (Figs. 4c, d).
На фиг.4д представлена, также для примера, экспериментально полученная зависимость параметра нелинейности водной среды ε - важнейшего интегрального показателя эффективности различных нелинейных эффектов от частоты f и горизонта z расположения акустической системы «излучатель-приемник» [4]. Как видно из фиг.4д резонансная частота ППС составляет величину ~35 кГц, при этом значение параметра нелинейности ~ на 2 порядка превышает аналогичную величину (ε~3) для отстоявшейся (не содержащей пузырьки воздуха) воды.On fig.4d presents, also for example, the experimentally obtained dependence of the nonlinearity parameter of the aquatic environment ε - the most important integral indicator of the effectiveness of various nonlinear effects on the frequency f and the horizontal horizon z of the location of the acoustic system "emitter-receiver" [4]. As can be seen from fig.4d, the resonant frequency of the PPP is ~ 35 kHz, while the value of the nonlinearity parameter ~ is 2 orders of magnitude higher than the similar value (ε ~ 3) for the settled (not containing air bubbles) water.
Устройство функционирует следующим образом (фиг.1-4).The device operates as follows (Fig.1-4).
Носитель (1) с ППА (2) находится в неоднородной, содержащей приповерхностный пузырьковый слой (ППС) - обусловленный перемешиванием верхнего слоя воды под воздействием ветрового волнения, глубинный пузырьковый слой (ГПС) - обусловленный жизнедеятельностью биологических объектов, и донный пузырьковый слой (ДПС) - обусловленный физико-химическими процессами в донном слое осадков и жизнедеятельностью придонных биологических объектов, среде. В районе нахождения носителя (1) ППА (2) присутствует ВО, излучающий НЧ ДС на частоте Ωво, или НО, излучающий НЧ ДС на частоте Ωно, или ПО, излучающий НЧ ДС на частоте Ωпо, - объекты поиска для ППА (2).The carrier (1) with PAP (2) is in a non-uniform, containing near-surface bubble layer (PPS) - caused by mixing of the upper water layer under the influence of wind waves, the deep bubble layer (GPS) - due to the vital activity of biological objects, and the bottom bubble layer (DPS) - due to physical and chemical processes in the bottom layer of sediments and the vital activity of benthic biological objects, the environment. In the area of the storage media (1) BHK (2) is present in emitting LF DS on Ω frequency during or HO emitting LF DS at the frequency Ω but or software emitting LF DS at the frequency Ω of - the search objects for PAP ( 2).
В тракте (10) с помощью перестраиваемого по частоте генератора (11) ВЧ сигнала формируется, исходя из предварительной информации о рассеивателях звука, доминирующей в географическом районе в данном сезоне и в конкретное время суток, хранящейся в решающем устройстве (27), ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука. В усилителе (12) данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя (4) излучается в неоднородную среду, содержащую ППС, ГПС и ДПС.In the path (10), with the help of a frequency-tunable generator (11), an RF signal is generated, based on preliminary information about the sound diffusers dominating in the geographical area in a given season and at a specific time of the day stored in a resolver (27), the RF signal ω acoustic spectroscopy of sound diffusers. In the amplifier (12), this signal is amplified to the required level, and using the emitter (4) it is radiated into an inhomogeneous medium containing PPS, GPS and DPS.
Рассеиваясь на неоднородностях водной среды (ППС, ГПС, ДПС), ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука принимается приемным элементом (6) ППА (2), усиливается в предварительном усилителе (17), фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре (18), центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала ω, детектируется (выделяется огибающая ВЧ сигнала ω) в детекторе (19), обладающем большим (не менее 100-120 дБ) динамическим диапазоном, и усиливается в усилителе (20) НЧ сигнала. Далее огибающая ВЧ сигнала ω (НЧ сигнал) через коммутатор (24) поступает на спектроанализатор (26), в котором определяются его параметры (ширина спектра реверберации, уровень реверберации и др.), а с выхода последнего - в решающее устройство (27), в котором сравнивают принятый сигнал с эталонным сигналом (обладающим определенным уровнем и шириной спектра реверберации при данной частоте, форме сигнала и его амплитуде). Таким образом осуществляется акустическая спектроскопия рассеивателей звука, доминирующих в области ППА (2), а также оцениваются возможные параметры (частота, амплитуда сигнала и др.) с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента (6) ППА (2).Scattering on the inhomogeneities of the aqueous medium (PPS, GPS, DPS), the HF signal ω of acoustic spectroscopy of sound diffusers is received by the receiving element (6) of the PAP (2), amplified in the pre-amplifier (17), filtered from low-frequency and high-frequency noise in a band-pass filter (18 ), the central frequency of which corresponds to the frequency of the RF signal ω, is detected (the envelope of the RF signal ω is extracted) in the detector (19), which has a large (at least 100-120 dB) dynamic range, and is amplified in the amplifier (20) of the RF signal. Next, the envelope of the RF signal ω (low-frequency signal) through the switch (24) is fed to a spectrum analyzer (26), in which its parameters (width of the reverberation spectrum, reverberation level, etc.) are determined, and from the output of the latter, to the resolver (27), which compares the received signal with a reference signal (having a certain level and width of the reverberation spectrum at a given frequency, signal shape and amplitude). In this way, acoustic spectroscopy of sound scatterers dominating in the area of PAP (2) is carried out, and possible parameters (frequency, signal amplitude, etc.) are estimated taking into account resonant frequencies in the frequency response of the receiving element (6) of PAP (2).
В тракте (13) с помощью генератора (14) ВЧ сигнала накачки ωн формируется, исходя из полученной ранее информации об акустических характеристиках (резонансная частота, сила слоя и др.) рассеивателей звука, доминирующих в области ППА (2), а также с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента (6), ВЧ сигнал накачки ωн. В усилителе мощности (15) данный сигнал усиливается до необходимого уровня, а при помощи излучателя (5) излучается в неоднородную среду, содержащую ППС, ГПС и ДПС.In path (13), with the help of a generator (14), an RF pump signal ω n is formed based on previously obtained information on the acoustic characteristics (resonance frequency, layer strength, etc.) of sound scatterers that dominate in the PAP region (2), as well as with taking into account the resonant frequencies in the frequency response of the receiving element (6), the RF pump signal ω n . In the power amplifier (15), this signal is amplified to the required level, and using the emitter (5) it is radiated into an inhomogeneous medium containing PPS, GPS and DPS.
Рассеиваясь на неоднородностях водной среды (ППС, ГПС, ДПС), ВЧ сигнал накачки ωн взаимодействует с НЧ полезным сигналом Ω ( Ωво, Ωно или Ωпо), при этом образуется ВЧ сигнал комбинационных частот ωн± Ω, который принимается приемным элементом (6) ППА (2), усиливается в предварительном усилителе (17), фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре (18), центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки ωн, детектируется (выделяется огибающая ВЧ сигнала накачки ωн) в детекторе (19), обладающем большим (не менее 100-120 дБ) динамическим диапазоном и усиливается в усилителе (20) НЧ сигнала. Далее НЧ полезный сигнал Ω через коммутатор (24) поступает на спектроанализатор (26), в котором определяются его параметры (количество и частоты ДС, уровень ДС и др.), а с выхода последнего - в решающее устройство (27), в котором сравнивают принятый НЧ сигнал с эталонным НЧ сигналом (обладающим определенным набором ДС, полосой частот и др.). Таким образом осуществляется обнаружение и распознавание заданного объекта поиска - ВО, НО, или ПО.Scattering on the inhomogeneities of the aquatic environment (PPS, GPS, DPS), the RF pump signal ω n interacts with the RF useful signal Ω (Ω in , Ω but or Ω in ), and an RF signal of combination frequencies ω n ± Ω is formed, which is received by element (6) PAP (2), amplified in the pre-amplifier (17), filtered from low-frequency and high-frequency noise in a band-pass filter (18), the center frequency of which corresponds to the frequency of the high-frequency pump signal ω n , is detected (the envelope of the high-frequency pump signal ω n ) in the detector (19), which has a large (not less than 100-120 dB) dynamic skim range and amplified in an amplifier (20) LF signal. Next, the LF useful signal Ω through the switch (24) is fed to a spectrum analyzer (26), in which its parameters (the number and frequencies of the DS, the level of the DS, etc.) are determined, and from the output of the latter, to the resolver (27), which compares received low-frequency signal with a reference low-frequency signal (having a certain set of DS, frequency band, etc.). Thus, the detection and recognition of a given search object is carried out - IN, BUT, or software.
При определенных условиях (неправильно учитываются акустические характеристики рассеивателей звука, неправильно выбраны параметры ВЧ, ВЧ сигнал накачки ωн и т.д.) ВЧ сигнал накачки ωн может взаимодействовать с НЧ полезным сигналом Ω, на приемном элементе (6) или (и) в электронных блоках приемного тракта (16) - паразитная модуляция. При этом также (как и в случае полезной модуляции) образуется ВЧ сигнал комбинационных частот ωн± Ω, который может полностью замаскировать по амплитуде и частоте ВЧ сигнал комбинационных частот ωн± Ω, образованных в результате нелинейного взаимодействия в неоднородной среде ВЧ сигнала накачки ωн и НЧ полезного сигнала Ω.Under certain conditions (the acoustic characteristics of sound diffusers are incorrectly taken into account, the parameters of the HF, HF pump signal ω n , etc. are incorrectly selected), the HF pump signal ω n can interact with the LF useful signal Ω, at the receiving element (6) or (and) in the electronic blocks of the receiving path (16) - spurious modulation. In this case also (as in the case of useful modulation) formed RF signal combination frequencies ω n ± Ω, which can completely mask the amplitude and frequency of the RF signal combination frequencies ω n ± Ω, formed as a result of nonlinear interaction in an inhomogeneous medium rf ω pump signal n and LF of the useful signal Ω.
Для исключения этой ситуации (или минимизации ее отрицательного эффекта) в тракте (21) с помощью генератора (22) НЧ калибровочного сигнала формируется, исходя из полученной ранее информации о параметрах НЧ полезного сигнала (частота ДС, уровень ДС и др.), НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω, где величину Δ Ω устанавливают такой, чтобы разность ωн- Ω-Δ Ω укладывалась в пределах одного из резонансов в АЧХ приемного элемента (6) с учетом того, что ВЧ сигнал накачки ωн соответствует этому резонансу. В усилителе (23) данный сигнал усиливают до необходимого уровня, а при помощи излучателя (8), установленного в непосредственной близости от приемного элемента (6) и НЧ гидрофона (7), излучают в направлении приемного элемента (6) НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω. При этом уровень излучения НЧ калибровочного сигнала Ω-Δ Ω устанавливают с помощью усилителя (23) таким, чтобы он развивал звуковое давление на поверхности приемного элемента (6), равное звуковому давлению НЧ полезного сигнала Ω. Это достигается за счет того, что с помощью НЧ гидрофона (7) принимают НЧ полезный сигнал Ω, пришедший с большого (сотни метров - десятки км) расстояния, и НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω, пришедший с незначительного (меньше 1 м) расстояния. В усилителе (24) НЧ полезный и НЧ калибровочный сигналы усиливают до необходимого уровня, а через коммутатор (25) их подают на спектроанализатор (26) и далее в решающее устройство.To eliminate this situation (or minimize its negative effect) in the path (21) using the generator (22), the low-frequency calibration signal is formed based on the previously obtained information about the low-frequency parameters of the useful signal (DS frequency, DS level, etc.), low-frequency calibration the signal Ω-Δ Ω, where the value Δ Ω is set such that the difference ω n - Ω-Δ Ω fits within one of the resonances in the frequency response of the receiving element (6), taking into account the fact that the RF pump signal ω n corresponds to this resonance. In the amplifier (23), this signal is amplified to the required level, and using the emitter (8) installed in the immediate vicinity of the receiving element (6) and the low-frequency hydrophone (7), the calibration signal Ω- is radiated in the direction of the receiving element (6) Δ Ω. In this case, the radiation level of the low-frequency signal of the calibration signal Ω-Δ Ω is set using the amplifier (23) so that it develops sound pressure on the surface of the receiving element (6) equal to the sound pressure of the low frequency of the useful signal Ω. This is achieved due to the fact that with the help of the low-frequency hydrophone (7) they receive the low-frequency useful signal Ω, which came from a large (hundreds of meters - tens of kilometers) distance, and the low-frequency calibration signal, Ω-Δ Ω, that came from a small (less than 1 m) distance . In the amplifier (24), the LF useful and the LF calibration signals are amplified to the required level, and through the switch (25) they are fed to a spectrum analyzer (26) and then to a resolver.
Как уже отмечалось ранее, при определенных условиях ВЧ сигнал накачки ωн взаимодействует (на приемном элементе или в электронных блоках приемного тракта - паразитная модуляция) с НЧ калибровочным сигналом Ω-Δ Ω. При этом также (как и в случае полезной модуляции) образуется ВЧ сигнал комбинационных частот ωн±( Ω-Δ Ω), который принимается приемным элементом (6), усиливается в предварительном усилителе (17), фильтруется от НЧ и ВЧ помех в полосовом фильтре (18), центральная частота которого соответствует частоте ВЧ сигнала накачки ωн, детектируется в детекторе (19) и усиливается в усилителе (20) НЧ сигнала. Далее НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω через коммутатор (24) поступает на спектроанализатор (26), в котором определяются его параметры, а с выхода последнего - в решающее устройство (27), в котором сравнивают принятый НЧ калибровочный сигнал с НЧ полезным сигналом Ω. При этом если амплитуда ДС на частоте Ω больше амплитуды ДС на частоте Ω-Δ Ω, то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте Ω носит акустический характер, а если амплитуда ДС на частоте Ω равна амплитуде ДС на частоте Ω-Δ Ω, то принимают решение о том, что принятый НЧ сигнал на частоте Ω является собственной помехой работе ППА (2) и принимают меры к устранению этого отрицательного фактора. Например, изменяют параметры (частота, форма сигнала, его амплитуда и др.) с учетом изменяющихся во времени и в пространстве акустических характеристик рассеивателей звука (особенно ГПС и ДПС), доминирующих в области ППА (2), а также с учетом фиксированных резонансов в АЧХ приемного элемента (6) ППА (2).As noted earlier, under certain conditions, the RF pump signal ω n interacts (on the receiving element or in the electronic units of the receiving path - spurious modulation) with the low-frequency calibration signal Ω-Δ Ω. In this case, also (as in the case of useful modulation), an RF signal of combination frequencies ω n ± (Ω-Δ Ω) is generated, which is received by the receiving element (6), amplified in the preamplifier (17), filtered from the LF and HF interference in the band filter (18), the central frequency of which corresponds to the frequency of the RF pump signal ω n , is detected in the detector (19) and amplified in the amplifier (20) of the low-frequency signal. Next, the low-frequency calibration signal Ω-Δ Ω through the switch (24) is fed to the spectrum analyzer (26), in which its parameters are determined, and from the output of the latter, to the resolver (27), in which the received low-frequency calibration signal is compared with the low-frequency useful signal Ω . Moreover, if the amplitude of the DS at the frequency Ω is greater than the amplitude of the DS at the frequency Ω-Δ Ω, then they decide that the received low-frequency signal at the frequency Ω is acoustic, and if the amplitude of the DS at the frequency Ω is equal to the amplitude of the DS at the frequency Ω-Δ Ω, then they decide that the received low-frequency signal at the frequency Ω is an inherent obstacle to the operation of the PAP (2) and take measures to eliminate this negative factor. For example, they change the parameters (frequency, waveform, its amplitude, etc.) taking into account the acoustic characteristics of sound diffusers (especially GPS and DPS) that change in time and in space, which dominate in the PAP region (2), and also taking into account fixed resonances in Frequency response of the receiving element (6) PAP (2).
При этом очень важно знать место формирования паразитной модуляции: приемный элемент (6) или (и) электронные блоки (и даже отдельные электронные элементы) приемного тракта. Для этого используется отдельная, а не сквозная (с приемным элементом) калибровка приемного тракта (16). В этом случае с выхода перестраиваемого генератора (11) ВЧ сигнал ω акустической спектроскопии рассеивателей звука, близкий по частоте и уровню (с точки зрения входных напряжений) к ВЧ сигналу накачки ωн, подается на первый вход сумматора (28). На второй вход сумматора (28) с выхода генератора (22) подается НЧ калибровочный сигнал Ω-Δ Ω. С выхода сумматора (28) ВЧ сигнал на комбинационных частотах (исключительно электрического происхождения) ω±( Ω-Δ Ω) подается на вход приемного тракта (16) или отдельных его блоков (17-20), или даже отдельных элементов в соответствующем блоке. Далее процедура калибровки полностью, по аналогии со сквозной калибровкой, повторяется.In this case, it is very important to know the location of the formation of spurious modulation: the receiving element (6) or (and) the electronic units (and even individual electronic elements) of the receiving path. For this, a separate, but not through (with a receiving element) calibration of the receiving path is used (16). In this case, the output of tunable oscillator (11) signal ω rf acoustic spectroscopy sound diffusers, similar in level and frequency (in terms of the input voltage) to the RF signal pump ω N is supplied to the first input of the adder (28). At the second input of the adder (28) from the output of the generator (22), the low-frequency calibration signal Ω-Δ Ω is applied. From the output of the adder (28), the RF signal at the combination frequencies (exclusively of electrical origin) ω ± (Ω-Δ Ω) is fed to the input of the receiving path (16) or its individual blocks (17-20), or even individual elements in the corresponding block. Further, the calibration procedure is completely repeated, similar to through calibration.
Повышение точности калибровки ППА достигается за счет того, что она проводится в тех же гидролого-акустических и помехо-сигнальных условиях, в которых функционирует и ГАС с ППА и др.Improving the accuracy of calibration of PAPs is achieved due to the fact that it is carried out in the same hydrological-acoustic and jamming-signaling conditions in which the HAS also works with PAP and others.
Возможность определения места паразитной модуляции достигается за счет того, что дополнительно используется отдельная калибровка приемного тракта, при которой ВЧ сигнал на комбинационных частотах электрического происхождения ω±( Ω-Δ Ω) подается на вход приемного тракта (отдельных его блоков или даже отдельных элементов в соответствующем блоке и др.)The ability to determine the location of parasitic modulation is achieved due to the fact that a separate calibration of the receive path is additionally used, in which the RF signal at the combination frequencies of electrical origin ω ± (Ω-Δ Ω) is fed to the input of the receive path (its individual blocks or even individual elements in the corresponding block, etc.)
Возможность определения уровня полезной модуляции достигается за счет того, что:The ability to determine the level of useful modulation is achieved due to the fact that:
- дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;- additionally, preliminary spectroscopy of acoustic sound diffusers dominating in the area of PAP is performed;
- в реальном масштабе времени определяется уровень паразитной модуляции;- in real time, the level of spurious modulation is determined;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal vary depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, which dominate in the area of PAP, etc.
Возможность оперативно увеличивать уровень полезной модуляции достигается за счет того, что:The ability to quickly increase the level of useful modulation is achieved due to the fact that:
- дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;- additionally, preliminary spectroscopy of acoustic sound diffusers dominating in the area of PAP is performed;
- в реальном масштабе времени определяется уровень паразитной модуляции;- in real time, the level of spurious modulation is determined;
- в АЧХ приемного элемента имеется несколько резонансов;- in the frequency response of the receiving element there are several resonances;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal vary depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, which dominate in the area of PAP, etc.
Возможность оперативно уменьшать уровень паразитной модуляции достигается за счет того, что:The ability to quickly reduce the level of spurious modulation is achieved due to the fact that:
- в АЧХ приемного элемента имеется несколько резонансов;- in the frequency response of the receiving element there are several resonances;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal vary depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, which dominate in the area of PAP, etc.
Возможность калибровки в процессе функционирования ППА достигается за счет того, что:The possibility of calibration during the operation of the PAP is achieved due to the fact that:
- в качестве НЧ полезного сигнала используются НЧ полезные сигналы от реальных источников (ВО, НО и ПО);- as the LF useful signal, LF useful signals from real sources (VO, BUT and ON) are used;
- дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;- additionally, preliminary spectroscopy of acoustic sound diffusers dominating in the area of PAP is performed;
- в реальном масштабе времени определяется уровень паразитной модуляции;- in real time, the level of spurious modulation is determined;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменяются в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal vary depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, which dominate in the area of PAP, etc.
Отличительными признаками заявляемого способа являются:Distinctive features of the proposed method are:
1. В качестве НЧ полезного сигнала используется сигнал от ВО, НО или ПО, имеющий в своем спектре НЧ ДС.1. As the LF of the useful signal, the signal from the VO, BUT, or ON is used, which has in its spectrum LF DS.
2. Приемный элемент ППА имеет в АЧХ несколько резонансных частот.2. The receiving element of the PAP has several resonant frequencies in the frequency response.
3. ВЧ сигнал накачки соответствует одному из резонансов в АЧХ приемного элемента ППА и близок к резонансной частоте доминирующих в области ППА рассеивателей звука.3. The RF pump signal corresponds to one of the resonances in the frequency response of the receiver element of the PAP and is close to the resonant frequency of the sound diffusers dominating in the PAP region.
4. ВЧ сигнал накачки изменяется по уровню и частоте.4. The RF pump signal changes in level and frequency.
5. Дополнительно излучается перестраиваемый по частоте ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука.5. Additionally, a frequency-tunable HF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers is emitted.
6. Дополнительно принимается ВЧ сигнал акустической спектроскопии рассеивателей звука и анализируется на предмет количественной оценки уровня реверберации и ширины спектра реверберации.6. Additionally, an HF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers is received and analyzed for a quantitative assessment of the reverberation level and the width of the reverberation spectrum.
7. Дополнительно экранируются от корпуса и между собой излучатель ВЧ сигнала накачки и приемный элемент ППА.7. Additionally shielded from the housing and between the emitter of the RF pump signal and the receiving element of the PAP.
8. Дополнительно НЧ калибровочный сигнал подается на вход каждого электронного блока приемного тракта ГАС или даже отдельного элемента внутри заданного электронного блока. Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".8. Additionally, the low-frequency calibration signal is fed to the input of each electronic block of the HAS receiving path or even an individual element inside a given electronic block. The presence of distinctive features from the prototype features allows us to conclude that the proposed method meets the criterion of "novelty."
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.An analysis of the known technical solutions in order to detect the indicated distinctive features in them showed the following.
Признаки 2, 4-6 являются новыми.
Признаки 3 и 8 являются новыми, и неизвестно их использование для калибровки ГАС с ППА. В то же время известно использование признака 3 в нелинейной акустике, а признака 8 в радиотехнике.
Признаки 1 и 7 являются хорошо известными в акустике и радиотехнике.
Таким образом, наличие новых существенных признаков, в совокупности с хорошо известными, обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений - обеспечивать эффективное функционирование ГАС с ППА за счет постоянного контроля уровня паразитной модуляции в приемном тракте и (или) на приемном элементе ППА, а также уменьшения уровня паразитной модуляции и (или) оперативного увеличения уровня полезной модуляции путем изменения параметров ВЧ сигнала накачки в зависимости от изменения акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА, а также с учетом резонансных частот в АЧХ приемного элемента ППА.Thus, the presence of new significant features, together with well-known ones, ensures that the proposed solution has a new property that does not coincide with the properties of the known technical solutions - to ensure the effective operation of the HAS with the PAS due to the constant control of the level of spurious modulation in the receive path and (or) on the receiving element of the PAP, as well as reducing the level of spurious modulation and (or) the operational increase in the level of useful modulation by changing the parameters of the RF pump signal depending t change the acoustic characteristics of sound diffusers dominant in PAP, as well as the resonant frequencies in the frequency response of the receiving element PAP.
В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных, 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".In this case, we have a new set of features and their new relationship, moreover, it’s not a simple combination of new features and already known ones, but the execution of operations in the proposed sequence leads to a qualitatively new effect. This circumstance allows us to conclude that the developed method meets the criterion of "significant differences".
Пример реализации разработанного способа калибровки ГАС с ППА.An example of the implementation of the developed method for calibrating a gas generator with PAP
На фиг.5а представлены типовые спектры уровней реверберации (огибающая принятого ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука), зарегистрированные на выходе приемного тракта ГАС с ППА в случае преобладания полезной модуляции над паразитной (индекс I) и в случае равенства уровней полезной и паразитной модуляции (индекс II). Как видно из фиг.5а, если ширина спектра реверберации составляет величину от 110 до 500 Гц (для данной частоты ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука), то однозначно преобладает полезная модуляция, если ширина спектра реверберации составляет величину менее 70 Гц, то однозначно преобладает паразитная модуляция. Участок спектра от 70 Гц до 110 Гц для данной частоты ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей не позволяет сделать однозначный вывод о природе модуляции и является областью неопределенности, которая устраняется в дальнейшем набором представительного статистического материала. То же самое относится и к уровню реверберации: менее 7 дБ над уровнем фона - однозначное преобладание паразитной модуляции, 7-10 дБ над уровнем фона - область неопределенности и выше 10 дБ над уровнем фона - однозначное преобладание полезной модуляции [5].Fig. 5a shows typical spectra of reverberation levels (the envelope of the received RF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers) recorded at the output of the HAS receiving path with PAP in the case of predominance of useful modulation over spurious (index I) and in case of equality of the levels of useful and spurious modulation (index II). As can be seen from figa, if the width of the reverberation spectrum is from 110 to 500 Hz (for a given frequency of the RF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers), then the useful modulation clearly prevails, if the width of the reverberation spectrum is less than 70 Hz, then the parasitic prevails modulation. A spectral region from 70 Hz to 110 Hz for a given frequency of the RF signal of the acoustic spectroscopy of the scatterers does not allow an unambiguous conclusion about the nature of the modulation and is a region of uncertainty, which is eliminated in the future by a set of representative statistical material. The same applies to the reverberation level: less than 7 dB above the background level - an unambiguous predominance of spurious modulation, 7-10 dB above the background level - an uncertainty region and above 10 dB above the background level - an unambiguous predominance of useful modulation [5].
На фиг.5б представлены графические зависимости коэффициента помехоустойчивости ППА æ (в разах) - выигрыш в соотношении сигнал/помеха на входе ППА по сравнению с аналогичным параметром для линейной антенны, обладающей такими же волновыми размерами для двух указанных ранее граничных частот 70 Гц и 110 Гц. Таким образом, эффективное применение ППА в составе ГАС для обнаружения и распознавания объекта поиска однозначно возможно в том случае, если уровень спектральною максимума (огибающей) данного ВЧ сигнала акустической спектроскопии рассеивателей звука будет выше 0,24 mV [5]. Другими словами, обладая информацией, представленной на фиг.5, можно оперативно контролировать уровни полезной и паразитной модуляций, а также в реальном масштабе времени принимать меры для их изменения (увеличивать полезную модуляцию и уменьшать паразитную модуляцию).On figb presents a graphical dependence of the noise immunity coefficient of the PSA æ (in times) - the gain in the signal-to-noise ratio at the input of the PSA compared with the same parameter for a linear antenna having the same wave dimensions for the two previously mentioned boundary frequencies of 70 Hz and 110 Hz . Thus, the effective use of PAP as part of a GAS for detecting and recognizing a search object is unambiguously possible if the level of the spectral maximum (envelope) of a given RF signal of acoustic spectroscopy of sound diffusers is higher than 0.24 mV [5]. In other words, having the information presented in FIG. 5, it is possible to quickly monitor the levels of useful and spurious modulations, as well as take measures in real time to change them (increase useful modulation and reduce spurious modulation).
Таким образом:In this way:
1. Повышение точности калибровки ППА достигнуто за счет того, что она проводится в тех же гидролого-акустических и помехо-сигнальных условиях, в которых функционирует и ГАС с ППА и др.1. Improving the accuracy of the calibration of the PSA is achieved due to the fact that it is carried out in the same hydrological-acoustic and noise-signal conditions in which the HAS with the PSA, etc.
2. Возможность определения места паразитной модуляции достигнута за счет того, что дополнительно используется отдельная калибровка приемного тракта, при которой ВЧ сигнал на комбинационных частотах электрического происхождения ω±( Ω-Δ Ω) подается на вход приемного тракта (отдельных его блоков или даже отдельных элементов в соответствующем блоке и др.).2. The ability to determine the location of parasitic modulation is achieved due to the fact that a separate calibration of the receive path is additionally used, in which the RF signal at the combination frequencies of electrical origin ω ± (Ω-Δ Ω) is fed to the input of the receive path (its individual blocks or even individual elements in the corresponding block, etc.).
3. Возможность определения уровня полезной модуляции достигнута за счет того, что:3. The ability to determine the level of useful modulation is achieved due to the fact that:
- дополнительно производится предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;- additionally, preliminary spectroscopy of acoustic sound diffusers dominating in the area of PAP is performed;
- в реальном масштабе времени определялся уровень паразитной модуляции;- in real time, the level of spurious modulation was determined;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal varied depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, dominant in the area of PAP, etc.
4. Возможность оперативно увеличивать уровень полезной модуляции достигнута за счет того, что:4. The ability to quickly increase the level of useful modulation is achieved due to the fact that:
- дополнительно производилась предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;- additionally, preliminary spectroscopy of acoustic sound diffusers dominating in the area of PAP was performed;
- в реальном масштабе времени определялся уровень паразитной модуляции;- in real time, the level of spurious modulation was determined;
- в АЧХ приемного элемента имелось несколько резонансов;- in the frequency response of the receiving element there were several resonances;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal varied depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, dominant in the area of PAP, etc.
Возможность оперативно уменьшать уровень паразитной модуляции достигнута за счет того, что:The ability to quickly reduce the level of spurious modulation is achieved due to the fact that:
- в АЧХ приемного элемента имелось несколько резонансов;- in the frequency response of the receiving element there were several resonances;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal varied depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, dominant in the area of PAP, etc.
Возможность калибровки в процессе функционирования ППА достигнута за счет того, что:The possibility of calibration during the operation of the PSA is achieved due to the fact that:
- в качестве НЧ полезного сигнала использовались НЧ полезные сигналы от реальных источников (ВО, НО и ПО);- as the LF of the useful signal, LF useful signals from real sources (VO, BUT and ON) were used;
- дополнительно производилась предварительная спектроскопия акустических рассеивателей звука, доминирующих в области ППА;- additionally, preliminary spectroscopy of acoustic sound diffusers dominating in the area of PAP was performed;
- в реальном масштабе времени определялся уровень паразитной модуляции;- in real time, the level of spurious modulation was determined;
- параметры ВЧ сигнала накачки изменялись в зависимости от акустических характеристик рассеивателей звука, доминирующих в области ППА и др.- the parameters of the rf pump signal varied depending on the acoustic characteristics of the sound diffusers, which dominate in the area of PAP, etc.
Литература:Literature:
1. Колесников А.Е. Акустические измерения. - Л.: Судостроение, 1982, с.143-145.1. Kolesnikov A.E. Acoustic measurements. - L .: Shipbuilding, 1982, p.143-145.
2. Митько Б.Б. и др. Гидроакустические средства связи и наблюдения. - Л.: Судостроение, 1982, с.105-107.2. Mitko B.B. and others. Hydroacoustic communication and surveillance. - L .: Shipbuilding, 1982, p.105-107.
3. Патент РФ №2066461 по заявке №4531932/11 от 06.06.1990.3. RF patent No. 2066461 for application No. 4531932/11 of 06/06/1990.
4. Буланов В.А. Акустика микронеоднородных жидкостей и методы акустической спектроскопии рассеивателей звука. - Диссертация д.ф. - м.н. - Вл-к.: ИПМТ ДВО РАН, 1996, с.358-391.4. Bulanov V.A. Acoustics of microinhomogeneous liquids and methods of acoustic spectroscopy of sound diffusers. - Thesis - Ph.D. - Vl-k .: IPMT FEB RAS, 1996, p. 358-391.
5. Бахарев С.А. и др. Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне. Отчет о НИР «Акватория». - Минрыбхоз. - Владивосток.: - Дальрыбвтуз, 1998, 167 с.5. Bakharev S.A. et al. Studies of the influence of hydrophysical parameters of the marine environment on the acoustic field in the marine shelf zone. Report on scientific research "Water area". - The Ministry of Fisheries. - Vladivostok .: - Dalrybvtuz, 1998, 167 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100113/28A RU2308053C1 (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006100113/28A RU2308053C1 (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2308053C1 true RU2308053C1 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38953017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006100113/28A RU2308053C1 (en) | 2006-01-12 | 2006-01-12 | Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308053C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492431C1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" | Method of measurement of power of underwater sound projector and device for implementation of method |
| RU2537749C1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Hydrophone tract with dismantling-free inspection of its operability |
| RU2626068C2 (en) * | 2015-07-22 | 2017-07-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method for calibration of parametric tract and device for its implementation |
| RU2705390C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-11-07 | Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") | Method of hydroacoustic emitter power measurement and device for its implementation |
| RU2781165C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-10-06 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for interaction of an underwater vehicle with a support watercraft |
-
2006
- 2006-01-12 RU RU2006100113/28A patent/RU2308053C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2492431C1 (en) * | 2012-02-08 | 2013-09-10 | Открытое акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" | Method of measurement of power of underwater sound projector and device for implementation of method |
| RU2537749C1 (en) * | 2013-10-10 | 2015-01-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Hydrophone tract with dismantling-free inspection of its operability |
| RU2626068C2 (en) * | 2015-07-22 | 2017-07-21 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method for calibration of parametric tract and device for its implementation |
| RU2705390C1 (en) * | 2018-11-21 | 2019-11-07 | Акционерное общество "Корпорация космических систем специального назначения "Комета" (АО "Корпорация "Комета") | Method of hydroacoustic emitter power measurement and device for its implementation |
| RU2781165C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-10-06 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) | Method for interaction of an underwater vehicle with a support watercraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10634784B2 (en) | Device and method for detecting main acoustic indexes of multi-beam sonar | |
| JP6396076B2 (en) | Detection method and non-contact acoustic detection system using sound waves | |
| RU2308053C1 (en) | Method for calibration of hydro-acoustic devices with parametric receiving antennas | |
| RU2096808C1 (en) | Method detection of low-frequency hydroacoustic radiations | |
| CN110346829A (en) | A kind of buried non-metallic object detection system of shallow-layer | |
| RU2342681C2 (en) | Method for provision of seafaring of vessels with high draught and displacement | |
| CN210243850U (en) | Shallow buried non-metallic object detection system | |
| US20020043973A1 (en) | Technique for measuring the thickness of a ferromagnetic metal using permeability signatures | |
| Rutenko et al. | A method for estimating the characteristics of acoustic pulses recorded on the sakhalin shelf for multivariate analysis of their effect on the behavior of gray whales | |
| Núñez et al. | Multichannel acquisition system and denoising for the detection and location of partial discharges using acoustic emissions | |
| RU2592741C1 (en) | Hydroacoustic station for detection and location of gas leaks | |
| RU2376612C1 (en) | Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end | |
| RU2215304C2 (en) | Procedure of detection of sea objects with surfacing of submersible vehicle | |
| RU2205425C1 (en) | Method determining stocks of fish with gas bladders | |
| KR20010037427A (en) | Method for instrumentation noise of water tunnel | |
| RU2627549C1 (en) | Method for vibration seismic survey | |
| RU2141743C1 (en) | Method for calibration of hydroacoustic measuring circuit of measuring instrument | |
| RU2356072C1 (en) | Method of short-term earthquake forecast by acoustic signs | |
| RU2063106C1 (en) | Method for measuring noise-emission pressure level of moving object under sonar testing ground conditions with time-varying transfer function | |
| Kim et al. | Variation of underwater ambient noise observed at IORS station as a pilot study | |
| Guo et al. | Acoustic Observation, Identification, and Scattering Intensity Measurement of Cold Seep Based on Bubble Resonance | |
| RU2058561C1 (en) | Method of calibration of parametric radiating antennas and device for its realization | |
| RU2275657C1 (en) | Method and vibroprobe for detection and identification of nonuniformities in surface layer of ground | |
| RU2247409C1 (en) | Method for high-directivity radiation and reception of broadband hydroacoustic signals | |
| JP2006292415A (en) | Survey method of cavity |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080113 |