RU2602995C2 - Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment - Google Patents

Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment Download PDF

Info

Publication number
RU2602995C2
RU2602995C2 RU2014152073/28A RU2014152073A RU2602995C2 RU 2602995 C2 RU2602995 C2 RU 2602995C2 RU 2014152073/28 A RU2014152073/28 A RU 2014152073/28A RU 2014152073 A RU2014152073 A RU 2014152073A RU 2602995 C2 RU2602995 C2 RU 2602995C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
parametric
signals
receiving
waves
frequency
Prior art date
Application number
RU2014152073/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014152073A (en
Inventor
Михаил Владимирович Мироненко
Анатолий Емельянович Малашенко
Леонард Эвальдович Карачун
Анна Михайловна Василенко
Сергей Васильевич ШОСТАК
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук
Priority to RU2014152073/28A priority Critical patent/RU2602995C2/en
Publication of RU2014152073A publication Critical patent/RU2014152073A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2602995C2 publication Critical patent/RU2602995C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method of forming and use of the spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment includes the formation of luminal receiving parametric antenna as a multi-commensurate with the spatial extent controlled the marine environment, this is done using non-directional radiating transducers, which are located in the center of the water area and place them on the axis of the underwater sound channel, above and below it, three receiving units are formed of three non-directional acoustic transducers each located in a vertical plane triangle, and the depth a similar emitting transducers at the vertices of triangles is directed towards the emitter, while nonlinearly transformed luminal signals multichannel taking single transducer three receiver units and by means of submarine cables via the switching unit, and the channel switching signal analysis applied to the input multi-channel and multi-function of the receiving path, wherein the measured characteristics of the luminal signals every receiving unit, determine the direction of their arrival in the vertical plane of the controlled sector for this receiving unit luminal signals are amplified in the frequency of parametric conversion, measured correlation functions of signals between the middle and the extreme transducers and then measure their cross-correlation function, the characteristic maxima which determine the direction of arrival information signals "top and bottom", then on the basis of an algorithm for solving " reverse radiation problem "forming the structure transmissive acoustic field determines the point of intersection of the rays in the directions of the observed sectors, each receiving unit as the location of marine radiation sources of information waves further in the signals cross-correlation function with the output of each line analysis measured narrowband spectrum, which in view of parametric changes in the environment, and the time-frequency conversion in the receive path, determine the frequency of the measured waves of information and their affiliation (identification) weather, sea or bottom.
EFFECT: technical result is to increase the sensitivity and range of parametric receiving waves of different physical nature.
4 cl, 15 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике, гидрофизике и геофизике. Формируемая пространственно-развитая параметрическая антенна представляет собой многолучевую просветную измерительную систему, обеспечивающую параметрический прием волн различной физической природы, создаваемых искусственными источниками, естественными процессами и явлениями атмосферы, океана, и земной коры, действующей на основе закономерностей их нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования в морской среде. Преимущество и принципиальное отличие предлагаемой просветной параметрической системы от известных систем, заключается в том, что она формируется и функционирует с использованием закономерностей многолучевого распространения просветных акустических волн в протяженном гидроакустическом канале и их нелинейного взаимодействия с информационными волнами при их совместном распространении в морской среде. Реализация этих закономерностей обеспечивает повышение чувствительности и увеличение дальности параметрического приема информационных волн, а также их последующей идентификации как источников атмосферы, океана или земной коры. Параметрическую антенну мониторинга информационных полей морской среды и объектов формируют как пространственно-развитую измерительную систему, соизмеримую с протяженностью контролируемой акватории и ограничивающих ее пространств атмосферы и земной коры, а так же с возможностью ее масштабирования в пределах смежных акваторий. Сформированная пространственно-развитая антенна обеспечивает дальний и сверхдальний параметрический прием, постоянное наблюдение и контроль пространственно-временных характеристик указанных волн в диапазоне частот десятки - единицы килогерц, сотни - десятки - единицы - доли Герца, включая сверхнизкочастотные (СНЧ) колебания движущихся объектов и неоднородностей среды, как целого.The invention relates to hydroacoustics, hydrophysics and geophysics. The formed spatially developed parametric antenna is a multi-beam illuminated measuring system that provides parametric reception of waves of various physical nature created by artificial sources, natural processes and phenomena of the atmosphere, ocean, and the earth's crust, acting on the basis of the laws of their nonlinear interaction and parametric transformation in the marine environment . The advantage and fundamental difference between the proposed luminal parametric system and the known systems is that it is formed and functions using the laws of multipath propagation of luminous acoustic waves in an extended sonar channel and their nonlinear interaction with information waves during their joint propagation in the marine environment. The implementation of these laws provides an increase in sensitivity and an increase in the range of the parametric reception of information waves, as well as their subsequent identification as sources of the atmosphere, ocean or the earth's crust. A parametric antenna for monitoring informational fields of the marine environment and objects is formed as a spatially developed measuring system commensurate with the length of the controlled water area and the atmosphere and the earth's crust bounding it, as well as with the possibility of its scaling within adjacent water areas. The formed spatially developed antenna provides long-range and ultra-long parametric reception, constant monitoring and control of the spatio-temporal characteristics of these waves in the frequency range tens - units of kilohertz, hundreds - tens - units - Hertz fractions, including ultra-low-frequency (ELF) oscillations of moving objects and inhomogeneities of the medium as a whole.

Разработки приемных параметрических антенн (ППА) в России, а также в зарубежных странах (преимущественно, в США и Японии) интенсивно проводились еще в прошлом столетии. В России параметрические антенны были разработаны и реализованы акустиками в г. Таганроге. Материалы научно-технических разработок широко опубликованы в изданиях различного уровня и изложены в монографиях авторов. (См. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.:Судостроение, 1990, с. 17-40, 203-225). Разрабатываемые параметрические антенны и реализующие их радиотехнические системы основаны на использовании естественных нелинейных свойств морской среды. При использовании буксируемых за морским судном многоэлементных ППА, дополнительно к естественным свойствам среды, используются нелинейные свойства его кильватерного следа. Накачка среды в указанных случаях применялась только высокочастотная акустическая, частота которой составляла десятки, чаще сотни кГц. Параметрические антенны расширили возможности приема информационных волн в низкочастотной области, а также повысили чувствительность приема таких волн. При этом дальность приема волн в системах с высокочастотными параметрическими антеннами оставалась незначительной и составляла сотни метров и только в отдельных случаях более одного километра.The development of receiving parametric antennas (PAP) in Russia, as well as in foreign countries (mainly in the USA and Japan) was intensively carried out in the last century. In Russia, parametric antennas were developed and implemented by acoustics in the city of Taganrog. Materials of scientific and technical developments are widely published in publications of various levels and are presented in the monographs of the authors. (See Novikov B.K., Timoshenko V.I. Parametric antennas in sonar. - L.: Shipbuilding, 1990, pp. 17-40, 203-225). The developed parametric antennas and the radio engineering systems that implement them are based on the use of the natural nonlinear properties of the marine environment. When using multi-element PSA towed behind a marine vessel, in addition to the natural properties of the medium, non-linear properties of its wake trace are used. In these cases, only a high-frequency acoustic pump was used, the frequency of which was tens, often hundreds of kHz. Parametric antennas have expanded the ability to receive information waves in the low-frequency region, as well as increased the sensitivity of reception of such waves. At the same time, the wave reception range in systems with high-frequency parametric antennas remained insignificant and amounted to hundreds of meters and, in some cases, more than one kilometer.

Основными недостатками известных приемных параметрических систем, работа которых основана на высокочастотной акустической накачке среды являются - малая дальность параметрического приема информационных волн и ограниченная возможность измерения их пространственно-временных характеристик, что особенно характерно проявляется при приеме акустических, электромагнитных и гидродинамических волн инфразвукового и дробного диапазонов частот. Указанные недостатки высокочастотных параметрических антенн обусловлены малым объемом и ограниченной протяженностью рабочей зоны взаимодействия волн накачки и измеряемых информационных волн в морской среде.The main disadvantages of the known receiving parametric systems, the operation of which is based on high-frequency acoustic pumping of the medium, are the short range of the parametric reception of information waves and the limited ability to measure their spatio-temporal characteristics, which is especially characteristic when receiving acoustic, electromagnetic and hydrodynamic waves in the infrasonic and fractional frequency ranges . The indicated disadvantages of high-frequency parametric antennas are due to the small volume and limited length of the working zone of the interaction of the pump waves and the measured information waves in the marine environment.

Устранение указанных недостатков и достижение новых положительных эффектов, которые предполагается получить в техническом решении изобретения может быть достигнуто за счет формирования низкочастотной просветной антенны, представляющей собой многолучевую пространственно развитую приемную параметрическую систему. Исходя из этого, сформулируем конкретные недостатки высокочастотных параметрических антенн, которые необходимо устранить в предлагаемом изобретении.The elimination of these drawbacks and the achievement of new positive effects that are expected to be obtained in the technical solution of the invention can be achieved by forming a low-frequency transmissive antenna, which is a multi-beam spatially developed receiving parametric system. Based on this, we formulate specific disadvantages of high-frequency parametric antennas, which must be eliminated in the present invention.

1. Малый объем рабочей зоны нелинейного взаимодействия волн накачки среды и измеряемых информационных, что особенно ограничивает возможность эффективного приема волн малых амплитуд инфразвукового и дробного диапазонов частот.1. The small volume of the working zone of the nonlinear interaction of the pump waves of the medium and the measured information waves, which especially limits the ability to effectively receive waves of small amplitudes of the infrasound and fractional frequency ranges.

2. Малая протяженность параметрической антенны и формирование ее объема только вблизи приемных блоков, что также ограничивает возможность дальнего приема информационных волн малых амплитуд.2. The small length of the parametric antenna and the formation of its volume only near the receiving units, which also limits the possibility of distant reception of information waves of small amplitudes.

3. Не используется закономерность многолучевого распространения волн в морской среде, что не обеспечивает прием информационных волн указанного диапазона, формируемых в воздушной и морской среде, а также в донном грунте. Что может быть реализовано за счет их взаимодействия с просветными волнами в приповерхностном и придонном слоях морской среды.3. The pattern of multipath wave propagation in the marine environment is not used, which does not provide for the reception of information waves of the indicated range, formed in the air and sea environment, as well as in the bottom soil. What can be realized due to their interaction with translucent waves in the surface and bottom layers of the marine environment.

4. Не предусмотрена возможность использования закономерностей многолучевого распространения просветных сигналов и связанного с ней формирования характеристик направленности параметрических антенн по направлениям приходов многолучевых сигналов «сверху и снизу», обеспечивающих при дальнейшей обработке информации возможность определения мест источников излучения (дистанции и глубины) на контролируемой акватории.4. It is not possible to use the laws of multipath propagation of luminal signals and the associated formation of directivity characteristics of parametric antennas in the directions of arrival of multipath signals “above and below”, which provide for the further processing of information to determine the locations of radiation sources (distance and depth) in a controlled area.

5. Не используется возможность многолучевого распространения просветных сигналов для реализации фазового сложения приходов их энергии по лучам «сверху и снизу» (суммарного приема энергии волн), что должно существенно повышать чувствительность и дальность параметрического приема информационных волн, формируемых источниками атмосферы, океана и земной коры.5. The possibility of multipath propagation of luminal signals is not used to realize the phase addition of their energy arrivals along the “top and bottom” rays (total reception of wave energy), which should significantly increase the sensitivity and range of the parametric reception of information waves generated by sources of the atmosphere, ocean and the earth’s crust .

6. Не предусмотрена возможность масштабирования параметрической антенны в пределах смежных акваторий и применения ее как широкомасштабной системы.6. It is not possible to scale a parametric antenna within adjacent water areas and use it as a large-scale system.

Исходя из рассмотренных недостатков классических параметрических способов и реализующих их высокочастотных параметрических антенн, рассмотрим закономерности формирования пространственно-развитых параметрических антенн, основанных на низкочастотной подсветке среды, проведем обоснование практических путей получения принципиально новых измерительных технологий. Покажем, что существенное (в десятки - сотни раз) увеличение дальности параметрического приема информационных волн в просветных параметрических системах достигается за счет низкочастотной акустической подсветки (накачки) среды слабозатухающими при распространении низкочастотными акустическими сигналами, обеспечивающими формирование протяженных объемных нелинейных зон взаимодействия сигналов, как лучевых трубок, получивших название «кластеров».Based on the considered disadvantages of classical parametric methods and high-frequency parametric antennas that implement them, we will consider the patterns of spatially developed parametric antennas based on low-frequency illumination of the medium, we will justify practical ways to obtain fundamentally new measuring technologies. We show that a significant (tens to hundreds of times) increase in the range of the parametric reception of information waves in transparent parametric systems is achieved due to the low-frequency acoustic illumination (pumping) of the medium by weakly attenuated propagation by low-frequency acoustic signals, which ensure the formation of extended volumetric nonlinear zones of interaction of signals, like radiation tubes , called "clusters".

В этой связи, проанализируем необходимость выбора формулировки названия заявки предлагаемого изобретения, а именно «…пространственно-развитая многолучевая параметрическая антенна…». Такое выражение в гидроакустике возникло и утверждалось в 90-х годах прошлого столетия в связи с интенсивными разработками, созданием и внедрением протяженных донных (до 200 м), вертикальных забортных (до 0,5 км), а также буксируемых (более 1 км) антенн. Протяженные гидроакустические антенны разрабатывались и применялись на флоте в связи с необходимостью увеличения дальности приема информационных волн. Разработки протяженных акустических антенн обеспечили возможность работы существующих гидроакустических станций в звуковом и инфразвуковом диапазонах частот. Окончательный выбор выражения «пространственно-развитая гидроакустическая антенна» был положен разработками сотрудников конструкторского бюро «Шторм» при Киевском политехническом институте. Антенна КБ «Шторм» представляла собой вертикальную (до 1 км) и горизонтальную (до 1,5 км) ветви, состоящие из секций по 30-ть метров каждая. Вертикальные и горизонтальные ветви антенны объединялись в донном модуле (сборном пункте), который посредством морского кабеля соединялся с береговой лабораторией. Такие антенны были созданы, установлены в Дальневосточных морях и продемонстрировали свои высокие измерительные характеристики, но показали низкую надежность работы в морских условиях. Проработав около одного сезона, антенны вышли из строя. В связи с распадом СССР они не восстанавливались, а их дальнейшие разработки были прекращены. Аналогичными результатами закончились разработки сверх протяженных буксируемых корабельных антенн. Конструкторские и эксплуатационные трудности, а также низкая надежность антенн в морских условиях сформировали идею разработки принципиально новой антенны, а именно, низкочастотной просветной параметрической, бестелесной, которая как, будет показано в материалах заявки, является надежной и обладает более высокими измерительными характеристиками.In this regard, we analyze the need to select the wording of the name of the application of the proposed invention, namely "... a spatially developed multipath parametric antenna ...". Such an expression in hydroacoustics arose and was approved in the 90s of the last century in connection with the intensive development, creation and implementation of long bottom (up to 200 m), vertical outboard (up to 0.5 km), as well as towed (more than 1 km) antennas . Long sonar antennas were developed and used in the fleet due to the need to increase the range of reception of information waves. The development of extended acoustic antennas made it possible to operate existing sonar stations in the sound and infrasound frequency ranges. The final choice of the expression “spatially-developed sonar antenna” was laid by the development of the staff of the Storm design bureau at the Kiev Polytechnic Institute. The antenna of the Storm Design Bureau was a vertical (up to 1 km) and horizontal (up to 1.5 km) branches, consisting of sections of 30 meters each. The vertical and horizontal branches of the antenna were combined in the bottom module (assembly point), which was connected to the coastal laboratory via a marine cable. Such antennas were created, installed in the Far Eastern Seas and demonstrated their high measuring characteristics, but showed low reliability in marine conditions. After working for about one season, the antennas are out of order. In connection with the collapse of the USSR, they were not restored, and their further development was discontinued. The development of super long towed ship antennas ended with similar results. Design and operational difficulties, as well as low reliability of antennas in marine conditions, formed the idea of developing a fundamentally new antenna, namely, a low-frequency translucent parametric, incorporeal, which, as will be shown in the application materials, is reliable and has higher measuring characteristics.

Задача, на решение которой направлено заявленное изобретение, заключается в разработке способа формирования и применения пространственно развитой приемной параметрической антенны в морской среде, как многолучевой параметрической системы, обеспечивающей повышение чувствительности и дальности параметрического приема, расширения ее пространственной протяженности, а так же возможности ее масштабирования в пределах смежных акваторий. Создаваемая пространственно-развитая многолучевая параметрическая антенна, как широкомасштабная система мониторинга и контроля, должна обеспечивать дальний и сверхдальний параметрический прием информационных волн различной физической природы. В итоге, формируемая многолучевая параметрическая антенна должна представлять собой гидроакустическую систему обеспечивающую комплексный мониторинг полей различной физической природы, формируемых техническими объектами, естественными процессами и явлениями атмосферы, океана и земной коры в звуковом, инфразвуковом, дробном и СНЧ диапазонах частот, а также определение мест их источников (дистанции и глубины) на контролируемой акватории.The problem to which the claimed invention is directed is to develop a method for the formation and use of a spatially developed receiving parametric antenna in the marine environment, as a multipath parametric system, providing increased sensitivity and range of parametric reception, expanding its spatial extent, as well as the possibility of its scaling in within adjacent water areas. The created spatially developed multipath parametric antenna, as a large-scale monitoring and control system, should provide long-distance and ultra-long parametric reception of information waves of various physical nature. As a result, the formed multi-beam parametric antenna should be a hydroacoustic system providing comprehensive monitoring of fields of various physical nature formed by technical objects, natural processes and phenomena of the atmosphere, ocean and the earth's crust in the sound, infrasound, fractional and VLF frequency ranges, as well as determining their locations sources (distance and depth) in a controlled area.

Поставленная задача представляет собой совокупность технических решений по формированию и реализации низкочастотных просветных параметрических антенн, частные решения которых использованы в способах и системах дальнего параметрического приема волн различной физической природы в морской среде. Разработки идеи построения и применения приемных параметрических антенн, как протяженных просветных проведены и представлены в патентах авторов «Способы дальнего параметрического приема волн различной физической природы в морской среде»: RU 2452040 С1 от 11.10. 2010, RU 2452041 С1 от 11.10. 2010, RU 2453930 С1 от 11.10.2010, RU 2472116 С1 от 15.06.2011, RU 2472236 С1 от 15.06.2011, RU 2474793 С1 от 15.06.2011, RU 2474794 от 15.06.2011.The problem posed is a set of technical solutions for the formation and implementation of low-frequency translucent parametric antennas, particular solutions of which are used in methods and systems for long-range parametric reception of waves of various physical nature in the marine environment. The development of the idea of constructing and using receiving parametric antennas as extended luminous antennas is carried out and presented in the patents of the authors "Methods for the long-range parametric reception of waves of various physical nature in the marine environment": RU 2452040 C1 from 11.10. 2010, RU 2452041 C1 of 11.10. 2010, RU 2453930 C1 from 10/11/2010, RU 2472116 C1 from 06/15/2011, RU 2472236 C1 from 06/15/2011, RU 2474793 C1 from 06/15/2011, RU 2474794 from 06/15/2011.

Перечисленные патенты на изобретение представляют собой частные технические решения совокупности задач, решаемых в предлагаемом изобретении. Дальнейшее совершенствование просветной приемной параметрической антенны, реализуемое в предлагаемом изобретении, заключается в разработке ее, как пространственно - развитой многолучевой, соизмеримой со средой контролируемой акватории. Пространственно - развитая приемная параметрическая антенна должна реализовывать эффект многолучевого распространения просветных акустических волн в протяженном гидроакустическом канале путем фазового сложения энергии их приходов «сверху и снизу». При этом пространственно-развитая приемная многолучевая антенна должна иметь возможность масштабирования в пределах смежных акваторий и обеспечивать:The listed patents for the invention are private technical solutions to the totality of the problems to be solved in the present invention. Further improvement of the lumen receiving parametric antenna, implemented in the present invention, consists in developing it as a spatially developed multipath, commensurate with the environment of the controlled water area. A spatially developed receiving parametric antenna should realize the effect of multipath propagation of translucent acoustic waves in an extended hydroacoustic channel by phase summing the energy of their arrivals “above and below”. At the same time, a spatially developed receiving multi-beam antenna should be able to scale within adjacent waters and provide:

фазовое сложение энергии приходов просветных сигналов «сверху и снизу», обеспечивающее дальний и сверхдальний параметрический прием волн различной физической природы, формируемых искусственными и естественными источниками, процессами, и явлениями атмосферы, океана и земной коры в диапазоне частот, составляющим десятки - единицы килогерц, сотни - десятки - единицы - доли Герца;phase summation of the energy of the arrivals of the luminal signals “above and below”, providing long-range and ultra-long parametric reception of waves of various physical nature generated by artificial and natural sources, processes, and phenomena of the atmosphere, ocean and the earth’s crust in the frequency range of tens to units of kilohertz, hundreds - tens - units - parts of Hertz;

идентификация источников их формирования волн по их принадлежности к атмосферным, морским или донным излучениям;identification of the sources of their wave formation by their belonging to atmospheric, marine or bottom radiation;

определение места (дистанции и глубины) источников формирования гидрофизических волн на контролируемой акватории.determination of the location (distance and depth) of the sources of hydrophysical waves in a controlled area.

В этой связи, наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является «Способ параметрического приема волн различной физической природы в морской среде» RU 2474793 от 15.06.2011, который может быть представлен следующей формулировкой.In this regard, the closest in technical essence to the claimed invention is the "Method of parametric reception of waves of various physical nature in the marine environment" RU 2474793 from 06.15.2011, which can be represented by the following formulation.

Способ формирования и применения пространственно развитой просветной параметрической антенны в морской среде, включает в себя, ограничение контролируемой среды излучающими и приемными акустическими преобразователями, озвучивание среды низкочастотными просветными сигналами стабилизированной частоты и формирование рабочей зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и информационных волн, прием и усиление просветных волн в полосе их нелинейного преобразования, перенос частотно-временного масштаба в высокочастотную область и последующий спектральный анализ.The method of forming and using a spatially developed luminal parametric antenna in the marine environment includes limiting the controlled environment to emitting and receiving acoustic transducers, dubbing the medium with low-frequency transmissive signals of a stabilized frequency, and forming a working area for nonlinear interaction and parametric conversion of luminous and information waves, receiving and amplifying translucent waves in the strip of their nonlinear transformation, the transfer of the time-frequency scale in the high-frequency region and a subsequent spectral analysis.

Недостатками способа-прототипа, реализуемого формирование и применение просветной параметрической антенны, являются ограниченные возможности параметрического приема волн, формируемых источниками, процессами и явлениями атмосферы, океана и земной коры. Это проявляется в низкой чувствительности параметрического приема информационных волн и, как следствие, малой дальности приема, что особенно характерно при приеме волн проступающих в морскую среду из атмосферы и земной коры (морского грунта). Основной причиной указанных недостатков является то, что просветная система мониторинга не рассматривается как пространственно-развитая многолучевая параметрическая антенна, в ней не используются закономерности многолучевого распространения волн на протяженных трассах контролируемых секторов. Следует отметить, что измерение углов прихода лучей «сверху и снизу» при последующем решении обратной лучевой задачи формирования пространственной структуры просветного поля, обеспечивает дополнительную возможность определения места (дистанции, глубины) морских источников на контролируемой трассе, что в прототипе так же не решается.The disadvantages of the prototype method, which is realized by the formation and use of a luminous parametric antenna, are the limited capabilities of the parametric reception of waves generated by sources, processes and phenomena of the atmosphere, ocean and the earth's crust. This is manifested in the low sensitivity of the parametric reception of information waves and, as a result, the short reception range, which is especially typical when receiving waves emerging into the marine environment from the atmosphere and the earth's crust (sea soil). The main reason for these shortcomings is that the luminal monitoring system is not considered as a spatially developed multipath parametric antenna, it does not use the laws of multipath wave propagation along extended paths of controlled sectors. It should be noted that measuring the angles of arrival of rays "above and below" during the subsequent solution of the inverse radiation problem of forming the spatial structure of the lumen field provides an additional opportunity to determine the location (distance, depth) of marine sources on a controlled route, which is also not solved in the prototype.

Эффект многолучевого распространения волн наиболее значимо реализуется при приеме волн поступающих в морскую среду из атмосферы и морского дна. Возможность использования многолучевого распространения волн достигается за счет расположения излучателей и приемников просветной системы на горизонтах выше и ниже оси подводного звукового канала (ПЗК). Фазовое сложение приходов энергии многолучевых сигналов «сверху и снизу» обеспечивает существенное увеличение чувствительности и, как следствие, дальности параметрического приема информационных волн. Достижение масштабности (общего увеличения протяженности и объема рабочей зоны) контролируемой среды обеспечивается за счет формирования секторов наблюдения по периметру или кругу контролируемой акватории.The effect of multipath wave propagation is most significantly realized when receiving waves entering the marine environment from the atmosphere and the seabed. The ability to use multipath propagation of waves is achieved due to the location of the emitters and receivers of the luminal system at horizons above and below the axis of the underwater sound channel (CCD). The phase addition of the energy arrivals of multipath signals “above and below” provides a significant increase in the sensitivity and, as a result, the range of the parametric reception of information waves. The achievement of scale (a general increase in the length and volume of the working area) of the controlled environment is ensured by the formation of observation sectors along the perimeter or circle of the controlled water area.

Технический результат изобретения заключается в разработке способа формирования и применения пространственно развитой параметрической антенны в морской среде, как многолучевой приемной параметрической системы, соизмеримой с пространственной протяженностью контролируемой среды, масштабируемой в пределах смежных акваторий, обеспечивающей дальний и сверхдальний прием волн различной физической природы, формируемых искусственными и естественными источниками, процессами и явлениями атмосферы, океана и земной коры. В способе так же обеспечивается существенное расширение диапазона частот принимаемых волн, а именно в полосе десятки-единицы килогерц, сотни-десятки-единицы-доли Герца, включая СНЧ волны, формируемые колебаниями движущихся объектов и неоднородностей среды как целого, а также определение дистанции и глубины морских источников волн на контролируемой акватории.The technical result of the invention is to develop a method for the formation and use of a spatially developed parametric antenna in the marine environment, as a multipath receiving parametric system, commensurate with the spatial extent of the controlled medium, scalable within adjacent water areas, providing long-distance and ultra-long reception of waves of various physical nature generated by artificial and natural sources, processes and phenomena of the atmosphere, ocean and earth's crust. The method also provides a substantial extension of the frequency range of the received waves, namely in the band tens-units of kilohertz, hundreds-tens-units-parts-Hertz, including microwave waves generated by vibrations of moving objects and inhomogeneities of the medium as a whole, as well as the determination of distance and depth marine wave sources in a controlled area.

Для решения поставленной задачи - способ формирования и применения пространственно развитой просветной параметрической антенны в морской среде, включает в себя, ограничение контролируемой среды излучающими и приемными акустическими преобразователями, озвучивание среды низкочастотными просветивши акустическими сигналами стабилизированной частоты и формирование в ней рабочей зоны, нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и информационных волн, прием нелинейно преобразованных просветных волн, усиление их в полосе параметрического преобразования и перенос их частотно-временного масштаба в высокочастотную область, узкополосный спектральный анализ, выделение в спектрах нижней и (или) верхней боковых полос, восстановление по ним с учетом параметрического и частотно-временного преобразования в среде и приемном тракте исходных характеристик измеряемых информационных волн отличается тем, что приемную параметрическую антенну формируют и применяют как многолучевую просветную параметрическую систему, соизмеримую с пространственной протяженностью контролируемой среды, для этого в системе используют три ненаправленных излучающих преобразователей, которые располагают в центре акватории и размещают их по одному в вертикальной плоскости: на оси подводного звукового канала (ПЗК), выше и ниже его, а также используют три приемных блока, которые формируют из трех ненаправленных преобразователей каждый, которые размещены в вертикальной плоскости по треугольникам, а по глубине приемные блоки располагают аналогично излучающим преобразователям, при этом вершины треугольников направляют в сторону излучателей, далее нелинейно преобразованные просветные сигналы многоканально принимают одиночными приемными преобразователями трех приемных блоков и посредством подводных кабелей через блок коммутации и переключения каналов анализа сигналов подают на входы многоканального и многофункционального приемного тракта, в котором измеряют корреляционные и взаимно корреляционные функции просветных сигналов, каждым приемным блоком, по которым определяют направления приходов просветных сигналов в вертикальной плоскости контролируемого сектора среды, для этого принимаемые каждым блоком просветные сигналы усиливают в полосе частот их параметрического преобразования и измеряют корреляционные функции сигналов среднего и крайних преобразователей, затем измеряют их взаимно корреляционные функции, по характерным максимумам которых определяют направления приходов просветных сигналов «сверху и снизу». Далее с учетом алгоритма для решения «обратной лучевой задачи» закономерностей формирования вертикальной структуры просветного акустического поля, определяют точки пересечения лучей по направлениям наблюдаемых секторов для каждого приемного блока, как места расположения морских источников информационных волн. Далее измеряют узкополосные спектры сигналов взаимно корреляционных функций с выхода каждой линии корреляционного анализа, по которым с учетом параметрического и частотно-временного преобразования в среде и приемном тракте определяют частоту измеряемых информационных волн и их принадлежность к атмосферным, морским или донным источникам. Кроме того, вертикальную многолучевую параметрическую антенну формируют в количестве восьми одинаковых устройств и размещают их относительно излучающего центра по кругу или периметру контролируемой акватории через 45 градусов. Кроме того, из расположенных на заданных горизонтах трех приемных блоков, по три преобразователя в каждом, формируют многоэлементную антенну, которую объединяют в общую конструкцию и устанавливают в контролируемых секторах с помощью буев и донных якорей. Кроме того, приемные блоки, содержащие по три вертикально расположенных по треугольнику, три преобразователя в каждом, объединяют в общую вертикальную антенну и устанавливают ее с помощью буев и якорей. Кроме того, расстояния между преобразователями приемных блоков в вертикальной плоскости устанавливают в соответствии с гидроакустическими характеристиками канала распространения волн и корреляционными свойствами просветного поля, что обеспечивает помехоустойчивый прием просветных сигналов.To solve this problem - a method of forming and using a spatially developed luminal parametric antenna in a marine environment, includes limiting the controlled environment to emitting and receiving acoustic transducers, dubbing the medium with low-frequency illuminated acoustic signals of a stabilized frequency and forming a working area in it, non-linear interaction and parametric transformations of luminal and information waves, reception of nonlinearly transformed luminal waves, them in the parametric conversion band and the transfer of their time-frequency scale to the high-frequency region, narrow-band spectral analysis, the allocation of the lower and (or) upper side bands in the spectra, restoration from them taking into account the parametric and time-frequency transform in the source medium and the receiving path characteristics of the measured information waves is characterized in that the receiving parametric antenna is formed and used as a multi-beam luminous parametric system commensurate with spatial the length of the controlled environment, for this the system uses three omnidirectional radiating transducers, which are located in the center of the water area and place them one at a time in the vertical plane: on the axis of the underwater sound channel (PZK), above and below it, and also use three receiving units, which each of three non-directional transducers is formed, which are placed in a vertical plane along triangles, and in depth the receiving blocks are arranged similarly to radiating transducers, while the vertices of the triangles they are directed towards the emitters, then the nonlinearly transformed luminal signals are multichannel received by the single receiving converters of the three receiving blocks and, through submarine cables, are fed to the inputs of the multichannel and multifunctional receiving path through the switching and switching channels of the signal analysis, in which the correlation and cross-correlation functions of the luminal signals are measured, each receiving unit, which determine the direction of arrival of the luminal signals in a vertical plane the spacing of the controlled sector of the medium, for this, the luminal signals received by each block amplify their parametric transformation in the frequency band and measure the correlation functions of the signals of the middle and extreme converters, then measure their cross-correlation functions, whose characteristic maximums determine the directions of arrival of the luminal signals “from above and from below” . Further, taking into account the algorithm for solving the "inverse radiation problem" of the laws of the formation of the vertical structure of the translucent acoustic field, the points of intersection of the rays in the directions of the observed sectors for each receiving unit are determined as the location of the marine sources of information waves. Next, narrow-band spectra of signals of cross-correlation functions are measured from the output of each line of correlation analysis, according to which, taking into account the parametric and time-frequency transformations in the medium and the receiving path, the frequency of the measured information waves and their belonging to atmospheric, marine or bottom sources are determined. In addition, a vertical multipath parametric antenna is formed in the amount of eight identical devices and place them relative to the emitting center in a circle or perimeter of a controlled area through 45 degrees. In addition, from the three receiving blocks located at predetermined horizons, three transducers in each, a multi-element antenna is formed, which is combined into a common structure and installed in controlled sectors using buoys and bottom anchors. In addition, the receiving units, containing three vertically arranged in a triangle, three transducers in each, are combined into a common vertical antenna and set it with buoys and anchors. In addition, the distances between the transducers of the receiving units in the vertical plane are set in accordance with the hydroacoustic characteristics of the wave propagation channel and the correlation properties of the lumen field, which provides noise-resistant reception of the lumen signals.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed invention and known technical solutions indicates its compliance with the criterion of "novelty."

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.The features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки, указывающие на то, что «параметрическую антенну формируют как многолучевую просветную систему, соизмеримую с пространственной протяженностью контролируемой среды», обеспечивают решение всех последующих признаков изобретения.Signs indicating that “a parametric antenna is formed as a multipath luminal system commensurate with the spatial extent of the controlled environment” provide a solution to all of the following features of the invention.

Признаки, указывающие на то, что «для этого используют три ненаправленных излучающих преобразователя, которые располагают в центре акватории и размещают по одному в вертикальной плоскости: на оси подводного звукового канала (ПЗК), выше и ниже его», обеспечивают оптимальную установку в контролируемой среде излучающих преобразователей для последующего формирования многолучевой структуры просветного поля в контролируемой среде и реализации измерительных технологий параметрической антенны.Signs indicating that “for this use three omnidirectional emitting transducers, which are located in the center of the water area and placed one at a time in the vertical plane: on the axis of the underwater sound channel (PPC), above and below it,” ensure optimal installation in a controlled environment radiating transducers for the subsequent formation of the multipath structure of the luminal field in a controlled environment and the implementation of the measurement technology of the parametric antenna.

Признаки, указывающие на то, что «три приемных блока системы формируют из трех ненаправленных преобразователей каждый, размещенных в вертикальной плоскости по треугольникам, а по глубине располагают аналогично излучающим преобразователям, при этом вершины треугольников направляют в сторону излучателей», обеспечивают эффективный прием волн сформированного в среде многолучевого просветного поля, а совместно с излучающими преобразователями это обеспечивает формирование и применение в среде пространственно-развитой многолучевой просветной параметрической антенны.Signs indicating that “the three receiving units of the system are formed of three non-directional transducers each, placed in a vertical plane along the triangles, and arranged in depth similarly to radiating transducers, while the vertices of the triangles are directed towards the emitters”, provide efficient reception of waves generated in environment of a multipath luminal field, and together with radiating transducers this ensures the formation and application of a spatially developed multipath wind parametric antenna.

Признаки, указывающие на то, что «нелинейно преобразованные просветные сигналы многоканально принимают одиночными приемными преобразователями трех приемных блоков, и посредством подводных кабелей через блок коммутации и переключения каналов анализа сигналов подают на входы многоканального и многофункционального приемного тракта, в котором измеряют корреляционные и взаимно корреляционные характеристики просветных сигналов каждым приемным блоком, по которым затем определяют направления приходов просветных сигналов в вертикальной плоскости контролируемого сектора среды», обеспечивают возможность выделения информации для последующего определения дистанции и глубины источников излучения информационных волн в контролируемом секторе среды, а так же предварительной информации о принадлежности информационных волн к атмосферным, водным или донным источникам.Signs indicating that “nonlinearly transformed luminal signals are multichannel received by single receiving converters of three receiving blocks, and through submarine cables, through the switching and switching block of signal analysis channels, are fed to the inputs of a multichannel and multifunctional receiving path in which correlation and cross-correlation characteristics are measured luminal signals by each receiving unit, which then determine the directions of arrival of luminal signals in the vertical planes of the controlled sector of the environment ”, provide the ability to extract information for subsequent determination of the distance and depth of the sources of radiation of information waves in the controlled sector of the medium, as well as preliminary information on the belonging of information waves to atmospheric, water or bottom sources.

Признаки, указывающие на то, что «принимаемые каждым блоком просветные сигналы усиливают в полосе частот их нелинейного преобразования и измеряют корреляционные функции сигналов со среднего и крайних преобразователей, затем измеряют их взаимно корреляционные функции, по характерным максимумам которых определяют направления приходов просветных сигналов «сверху и снизу»», обеспечивают получение данных для последующего определения места источников информационных волн в контролируемом секторе морской среды. При этом измерение корреляционных и взаимно корреляционных функций обеспечивают возможность фазового сложения приходов энергии принимаемых сигналов «сверху и снизу» и их последующий спектральный анализ, в свою очередь, повышают чувствительность и увеличивают дальность параметрического приема информационных волн. (См. М.В. Мироненко, А.Е. Малашенко, Л.Э. Карачун, A.M. Василенко. Низкочастотный просветный метод дальней гидролокации гидрофизических полей морской среды / Владивосток. СКБ САМИ ДВО РАН - 2006. С. 12-31.)Signs indicating that “the luminous signals received by each block amplify their nonlinear conversion in the frequency band and measure the correlation functions of the signals from the middle and extreme converters, then measure their cross-correlation functions, whose characteristic maximums determine the directions of arrival of the luminal signals“ from above and bottom "", provide data for the subsequent determination of the location of sources of information waves in a controlled sector of the marine environment. Moreover, the measurement of correlation and cross-correlation functions provides the possibility of phase addition of the energy arrivals of the received signals “above and below” and their subsequent spectral analysis, in turn, increase the sensitivity and increase the range of parametric reception of information waves. (See M.V. Mironenko, A.E. Malashenko, L.E. Karachun, A.M. Vasilenko. Low-frequency translucent method for long-range sonar hydrophysical fields in the marine environment / Vladivostok. SKB SAMI FEB RAS - 2006. P. 12-31.)

Признаки, указывающие на то, что «с учетом алгоритма решения «обратной лучевой задачи» по формированию вертикальной структуры акустического поля, определяют точки пересечения лучей по направлениям наблюдаемых секторов для каждого приемного блока, как места расположения морских источников информационных волн», обеспечивают завершение операции определения дистанции и глубины источников информационных волн в контролируемом секторе морской среды. Алгоритм решения «обратной лучевой задачи» подтвержден авторским свидетельством на изобретение (см. Василенко A.M., Малиновский В.Э. Программа расчета параметров гидроакустического поля в неоднородном акустическом волноводе «Дальность». Авт.Св. РФ на программу №2003611941.2003).Signs indicating that "taking into account the algorithm for solving the" inverse radiation problem "for the formation of the vertical structure of the acoustic field, determine the points of intersection of the rays in the directions of the observed sectors for each receiving unit, as the location of the marine sources of information waves", ensure the completion of the determination distances and depths of sources of information waves in a controlled sector of the marine environment. The algorithm for solving the "inverse radiation problem" is confirmed by the copyright certificate for the invention (see Vasilenko A.M., Malinovsky V.E. Program for calculating the parameters of the hydroacoustic field in the inhomogeneous acoustic waveguide "Range". Aut. St. of the Russian Federation for program No. 2003611941.2003).

Признаки, указывающие на то, что «в сигналах взаимно корреляционных функций с выходов каждой линии анализа измеряют узкополосные спектры, по которым с учетом параметрического преобразования в среде и частотно-временного преобразования в приемном тракте определяют частоту измеряемых информационных волн и их принадлежность (идентификацию) к атмосферным, морским или донным источникам», обеспечивают завершение процесса мониторинга и контроля обстановки в наблюдаемом секторе морской среды.Signs indicating that “in the signals of the cross-correlation functions from the outputs of each analysis line, narrow-band spectra are measured, which, taking into account the parametric transformation in the medium and the time-frequency transformation in the receiving path, determine the frequency of the measured information waves and their affiliation (identification) to atmospheric, marine or bottom sources ”, ensure completion of the monitoring and control of the situation in the observed sector of the marine environment.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «вертикальную многолучевую параметрическую антенну формируют в количестве восьми экземпляров и размещают их относительно излучающего центра по кругу или периметру контролируемой акватории через 45 градусов», обеспечивает возможность формирования просветной параметрической системы мониторинга, как широкомасштабной, например, в пределах Охотского и (или) Японского морей.An additional feature indicating that “a vertical multi-beam parametric antenna is formed in the amount of eight instances and place them relative to the emitting center in a circle or perimeter of the controlled water area after 45 degrees”, provides the possibility of forming a transparent parametric monitoring system, as wide-ranging, for example, within Sea of Okhotsk and (or) Japan.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «из расположенных на заданных горизонтах приемных блоков, формируют многоэлементную антенну, которую объединяют в общую конструкцию и устанавливают в контролируемых секторах с помощью буев и донных якорей, обеспечивает надежность и эффективность применения многолучевой пространственно - развитой параметрической антенны в морских условиях.An additional feature indicating that “from the receiving units located at predetermined horizons, a multi-element antenna is formed, which is combined into a common structure and installed in controlled sectors using buoys and bottom anchors, which ensures the reliability and efficiency of using a multi-beam spatially developed parametric antenna in marine conditions.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «расстояния, между преобразователями приемных блоков в вертикальной плоскости, устанавливают в соответствии с гидроакустическими характеристиками канала распространения волн и корреляционнымисвойствами просветного поля», обеспечивает помехоустойчивый прием просветных сигналов и эффективность выделения информационных волн. (См. Williams R.E., Wei С.Н. The Correlation of Acoustic Wavefront and Signal Time-Base Instabilities in the Ocean, J. Acoust. Soc. Amer., 59,1310-1316, 1976.)An additional feature indicating that “the distances between the transducers of the receiving units in the vertical plane are set in accordance with the hydroacoustic characteristics of the wave propagation channel and the correlation properties of the lumen field”, provides noise-resistant reception of the luminaire signals and the efficiency of the allocation of information waves. (See Williams R.E., Wei S.N. The Correlation of Acoustic Wavefront and Signal Time-Base Instabilities in the Ocean, J. Acoust. Soc. Amer., 59.1310-1316, 1976.)

Заявленное изобретение иллюстрируется Фиг. 1-13.The claimed invention is illustrated in FIG. 1-13.

На фиг. 1 приведена структурная схема просветной многолучевой параметрической системы мониторинга полей различной физической природы источников, процессов и явлений атмосферы, океана и земной коры, реализующая способ формирования и применения пространственно-развитой приемной параметрической антенны в морской среде. На фиг. 2-4 приведены узкополосные спектры и спектрограммы гидрофизических полей источников морских акваторий. При этом на фиг. 2 - спектр резонансных излучений корпуса и гидродинамических полей движущегося морского судна, измеренных параметрическим способом. Частота подсветки среды составляла 400 Гц, протяженность обследуемой акватории 30 км. Фиг. 3 - спектр электромагнитных излучений морского судна, измеренный параметрическим просветным методом, частота 390 Гц. Протяженность обследуемой акватории 45 км. Спектр представляет результат нелинейного взаимодействия акустических и электромагнитных волн в проводящей морской среде. Фиг. 4 - спектр шумового излучения морского судна (вально-лопастного звукоряда). На фигуре представлен результат «тройного» нелинейного взаимодействия волн различной физической природы в морской среде. На просветной трассе протяженностью 30 км наблюдаются акустические волны на частоте подсветки среды 386 Гц, электромагнитные волны на частоте 400 Гц и акустические волны вально-лопастного звукоряда морского судна. Фиг. 5, 6 - записи сигналов предвестника землетрясений (амплитудно-временная характеристика) и спектр в формате 3D. Измерения соответствуют формированию сейсмических возмущений морской среды в районах Курильской гряды и их приему на расстоянии более 1000 км от о. Сахалин. На фиг. 7, 8 - спектры шумового излучения воздушного источника (летательного аппарата). Фиг. 9 - спектр сигналов синоптических возмущений поверхности моря за полный период прохождения циклона, протяженность просветной линии 345 км. Фиг. 10 - спектр сейсмических излучений береговых инженерных источников на трассе о. Сахалин - береговая линия Приморья, протяженность линии около 310 км. Фиг. 11, 12 - записи суммарных просветных сигналов с приемных блоков 9-11 (фиг. 1), а также примеры функций взаимной корреляции сигналов (фиг. 12 а, б, в) с приемных блоков, определяющие направления приходов просветных сигналов. Фиг. 13 - спектрограмма просветных сигналов (400 Гц) модулированных гидродинамическими волнами и СНЧ колебаниями движущегося морского судна на трассе протяженностью 345 км.In FIG. Figure 1 shows the structural diagram of a translucent multipath parametric system for monitoring fields of various physical nature of sources, processes and phenomena of the atmosphere, ocean and the earth's crust, which implements a method for the formation and use of a spatially developed receiving parametric antenna in a marine environment. In FIG. Figures 2–4 show narrow-band spectra and spectrograms of hydrophysical fields of sources of marine water areas. Moreover, in FIG. 2 is a spectrum of resonant emissions from the hull and hydrodynamic fields of a moving marine vessel, measured in a parametric manner. The frequency of illumination of the medium was 400 Hz, the length of the surveyed water area was 30 km. FIG. 3 - spectrum of electromagnetic radiation of a marine vessel, measured by the parametric translucent method, frequency 390 Hz. The length of the surveyed water area is 45 km. The spectrum represents the result of a nonlinear interaction of acoustic and electromagnetic waves in a conducting marine environment. FIG. 4 - spectrum of noise radiation of a marine vessel (shaft-lobe scale). The figure shows the result of the "triple" nonlinear interaction of waves of various physical nature in the marine environment. Acoustic waves at a frequency of illumination of 386 Hz, electromagnetic waves at a frequency of 400 Hz and acoustic waves of a vane-blade scale of a marine vessel are observed on a 30-km long path. FIG. 5, 6 - recordings of earthquake precursor signals (amplitude-time characteristic) and spectrum in 3D format. The measurements correspond to the formation of seismic disturbances in the marine environment in the areas of the Kuril ridge and their reception at a distance of more than 1000 km from about. Sakhalin. In FIG. 7, 8 - spectra of noise radiation of an air source (aircraft). FIG. 9 - a spectrum of signals of synoptic disturbances of the sea surface over the entire period of passage of the cyclone, the length of the light line 345 km FIG. 10 - spectrum of seismic emissions of coastal engineering sources on the island. Sakhalin is the coastline of Primorye, the length of the line is about 310 km. FIG. 11, 12 - recording the total luminal signals from the receiving blocks 9-11 (Fig. 1), as well as examples of the functions of cross-correlation of signals (Fig. 12 a, b, c) from the receiving blocks, which determine the direction of arrival of the luminal signals. FIG. 13 is a spectrogram of transmission signals (400 Hz) modulated by hydrodynamic waves and VLF oscillations of a moving sea vessel along a 345 km long path.

Структурная схема параметрической системы приема и измерения характеристик гидрофизических и геофизических полей на протяженных морских акваториях, реализующая предлагаемый способ, показана на фиг. 1. Система включает тракт формирования низкочастотных просветных сигналов стабилизированной частоты 1, соединенный посредством подводных кабелей с подводными излучателями просветных сигналов 5-7. Измерительная система мониторинга полей среды включает также многоканальный тракт приема, выделения и регистрации информационных волн 11, входы которого соединены с приемными блоками 8-10, сформированными из трех расположенных в вертикальной плоскости треугольников каждый.The structural diagram of a parametric system for receiving and measuring the characteristics of hydrophysical and geophysical fields in extended sea areas that implements the proposed method is shown in FIG. 1. The system includes a path for the formation of low-frequency transmissive signals of a stabilized frequency 1, connected via underwater cables to underwater emitters of translucent signals 5-7. The measuring system for monitoring the fields of the medium also includes a multi-channel path for receiving, extracting and recording information waves 11, the inputs of which are connected to receiving blocks 8-10, formed from three triangles located in a vertical plane each.

Тракт формирования и усиления сигналов подсветки среды 1 представляет собой электронную схему, содержащую последовательно соединенные: генератор стабилизированной частоты 2; усилитель мощности формируемых просветных сигналов 3 и трехканальный блок согласования 4, выходы которого через подводные кабели соединены с излучающими блоками 5-7 (см. фиг. 1).The path of formation and amplification of the backlight signals of the medium 1 is an electronic circuit containing serially connected: a stabilized frequency generator 2; the power amplifier of the generated luminal signals 3 and a three-channel matching unit 4, the outputs of which are connected through the underwater cables to the emitting blocks 5-7 (see Fig. 1).

Приемный блок измерительной системы 11 (фиг. 1) представляет собой многоканальную электронную схему включающую блок коммутации и переключения линий анализа 12-1, соединенный с четырехканальной линией анализа 13-16, каждый канал которой включает последовательно соединенные широкополосные усилители 13.1, 14.1, 15.1, 16.1, далее с блоками измерения функций корреляции между средним и крайними одиночными приемниками блок 13.2, 13.3, 14.2, 14.3, 15.2, 15.3, далее выходы блоков измерения функций корреляции сигналов соединены с блоками измерения функции взаимной корреляции 13.4, 14.4, 15.4, а их выходы соединены с блоком анализа многоканально измеряемой информации (ЭВМ) 17 и далее с регистратором 18. Сигналы функций взаимной корреляции с выходов линий 13-15 через блок переключения линий анализа 12-2 подают на линию спектрального анализа сигналов взаимно корреляционных функций 16. При этом линия спектрального анализа 16 включает последовательно соединенные блоки - усилитель сигналов взаимно корреляционных функций 16-1, поступающих с выходов линий 13-15 через второй блок переключения каналов 12-2, а выход усилителя 16-1 соединен с преобразователем временного масштаба сигналов в высокочастотную область 16-2, далее с узкополосным анализатором спектров 16-3, а так же с блоком анализа информации 17 и с функционально связанным с ним регистратором выделяемых спектров 19.The receiving unit of the measuring system 11 (Fig. 1) is a multi-channel electronic circuit including a switching and switching unit for analysis lines 12-1 connected to a four-channel analysis line 13-16, each channel of which includes serially connected broadband amplifiers 13.1, 14.1, 15.1, 16.1 , further, with the blocks for measuring the correlation functions between the middle and extreme single receivers, block 13.2, 13.3, 14.2, 14.3, 15.2, 15.3, then the outputs of the blocks for measuring the functions of the correlation of signals are connected to the blocks for measuring the functions of the cross correlation 13.4, 14.4, 15.4, and their outputs are connected to a multichannel measurement information analysis unit (PC) 17 and then to a recorder 18. The signals of the cross-correlation functions from the outputs of lines 13-15 through the switching unit of analysis lines 12-2 are fed to the spectral analysis line signals of cross-correlation functions 16. In this case, the line of spectral analysis 16 includes series-connected blocks - an amplifier of signals of cross-correlation functions 16-1 coming from the outputs of lines 13-15 through the second channel switching unit 12-2, and the output of the amplifier 16-1 is connected n with a converter of the time scale of the signals in the high-frequency region 16-2, then with a narrow-band spectrum analyzer 16-3, as well as with an information analysis unit 17 and with a functionally associated recorder of allocated spectra 19.

Кроме того, на фиг. 1 показаны: обследуемая акватория (среда многолучевого распространения волн) 31; источники излучения водных гидрофизических волн 26, донных геофизических волн 28, волны атмосферных 27 и береговых источников 32, поверхность моря 30, морское дно 29.In addition, in FIG. 1 shows: the surveyed water area (multi-path wave propagation medium) 31; radiation sources of water hydrophysical waves 26, bottom geophysical waves 28, atmospheric waves 27 and coastal sources 32, sea surface 30, seabed 29.

Заявленный способ реализуется следующим образом. Преобразователи (излучатели) подсветки среды 5-7 и приемные блоки 8-10 размещают (заглубляют и устанавливают) на оси ПЗК, ниже и выше оси ПЗК, что обеспечивает засветку всех горизонтов контролируемой акватории и формирование в ней пространственно развитой многолучевой параметрической антенны. Измерение признаков проявления информационных волн атмосферы, донных морских, а также береговых источников проводится параллельно и одновременно, а их идентификация осуществляется по характерным признакам спектров и пространственно временной динамики принимаемых информационных сигналов. Для геофизических волн (например, предвестников землетрясений) может также проводится специальная обработка сигналов методом полиспектрального анализа, обеспечивающего наблюдение динамики пространственно-временных характеристик спектральных составляющих, как характерных информационных признаков (См. Бочков Г.Н., Горохов К.В. Полиспектральный анализ и синтез сигналов. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «новые подходы к проблемам генерации, обработки, передачи, хранения, защиты информации и их применения». Нижний Новгород, 2007, 113 С). Принципиально новым измерительным признаком в заявляемой системе мониторинга является определение места (дистанции и глубины) источников излучения на контролируемой акватории, эта операция в свою очередь, осуществляется вертикально расположенными по треугольнику приемными блоками 8-10, сигналы, с одиночных приемников которых, через блок переключения каналов 12-1, далее через широкополосные усилители 13.1, 14.1, 15.1 поступают на блок измерения функций корреляции между средними и крайними приемными преобразователями 13.2, 13.3, 14.2, 14.3, 15.2, 15.3, далее поступают на блоки измерения функций взаимной корреляции 13.4, 14.4, 15.4, которые обеспечивают измерение новых признаков, а именно углов прихода сигналов от морских источников информационных волн. Это, в свою очередь, путем расчетов обеспечивает возможность определения мест пересечения лучей на акватории. Далее сигналы взаимно корреляционных функций, представляющие собой «дважды фазируемые сигналы, принимаемые «сверху и снизу» через блок переключения каналов 12-2, подаются на линию узкополосного спектрального анализа 16. Расчет многолучевой структуры акустического просветного поля по трассам контролируемой акватории с заданными гидролого-акустическими характеристиками среды осуществляется по специально разработанным программам (См. Василенко A.M., Малиновский В.Э., Алюшин Д.А. «Дальность». Программа расчета и анализа параметров гидроакустического поля. АС РФ №2003611941, Владивосток, в/ч 90720, 2003 г. Карачун Л.Э., Мироненко М.В., Василенко A.M. Амплитудно-фазовая структура акустического поля в протяженном океаническом волноводе с переменными характеристиками среды «Амплитудно-фазовый фронт». - г. Южно-Сахалинск, СКВ САМИ ДВО РАН. Св. об официальной регистрации программы для ЭВМ, №2004611325 от 29.03.2004). Следует отметить, что идея определения места объекта на акватории по углам пересечения лучей, принимаемых цепочкой приемных преобразователей «сверху и снизу» в первоначальном (упрощенном) варианте, была предложена и реализована американским акустиком Робертом Дж. Уриком (См. Роберт Дж. Урик. Глубоководная цепочка гидрофонов. Пат. США №3982222 от 21.09.1976). В представляемом изобретении идея Дж. Урика существенно доработана применительно к ее реализации в протяженном океаническом канале распространения волн и представлении лучей как параметрических антенн (пространственных трубок) обеспечивающих создание пространственно-развитой параметрической антенны соизмеримой с протяженностью пространства акватории. Далее в описании заявки рассматриваются закономерности: формирования просветной параметрической антенны в морской среде, формирование параметрической антенны в условиях протяженного гидроакустического канала распространения волн с переменными характеристиками среды и ее границ, как многолучевой антенны, закономерности нелинейного взаимодействия волн различной физической природы в морской среде.The claimed method is implemented as follows. Converters (emitters) of medium illumination 5-7 and receiving blocks 8-10 are placed (deepened and installed) on the S-axis, below and above the S-axis, which provides illumination of all horizons of the controlled water area and the formation of a spatially developed multipath parametric antenna in it. The signs of the manifestation of information waves of the atmosphere, bottom sea, and also coastal sources are measured simultaneously and simultaneously, and their identification is carried out by the characteristic signs of the spectra and the spatio-temporal dynamics of the received information signals. For geophysical waves (for example, earthquake precursors), special signal processing can also be carried out by the method of multispectral analysis, which provides observation of the dynamics of the spatio-temporal characteristics of the spectral components as characteristic information features (see Bochkov G.N., Gorokhov K.V. Polyspectral analysis and signal synthesis. Training material on the continuing education program "new approaches to the problems of generation, processing, transmission, storage, protection of information and their application . "Nizhny Novgorod, 2007 113 C). A fundamentally new measuring feature in the claimed monitoring system is the determination of the location (distance and depth) of radiation sources in a controlled area, this operation, in turn, is carried out by receiving units 8-10 vertically located along a triangle, signals from which single receivers through a channel switching unit 12-1, then through the broadband amplifiers 13.1, 14.1, 15.1 enter the unit for measuring the correlation functions between the middle and extreme receiving transducers 13.2, 13.3, 14.2, 14.3, 15.2, 15.3, then p step on the blocks of measuring the cross-correlation functions 13.4, 14.4, 15.4, which provide a measurement of new features, namely the angles of arrival of signals from marine sources of information waves. This, in turn, through calculations provides the ability to determine the intersection of rays in the water. Further, the signals of cross-correlation functions, which are “doubly phased signals received“ from above and from below ”through a channel switching unit 12-2, are fed to a narrow-band spectral analysis line 16. Calculation of the multipath structure of the acoustic lumen field along the paths of the controlled water area with given hydrological-acoustic environmental characteristics are carried out according to specially designed programs (See. Vasilenko AM, Malinovsky V.E., Alyushin D.A. "Range". Program for calculating and analyzing hydroacoustic parameters RF AC No. 2003611941, Vladivostok, military unit 90720, 2003 Karachun LE, Mironenko MV, Vasilenko AM Amplitude-phase structure of the acoustic field in an extended ocean waveguide with variable characteristics of the medium “Amplitude-phase front. ”- Yuzhno-Sakhalinsk, SKV SAMI FEB RAS. St. on the official registration of a computer program, No. 2004611325 of March 29, 2004). It should be noted that the idea of determining the location of an object in the water area at the intersection angles of the rays received by the chain of receiving transducers “above and below” in the initial (simplified) version was proposed and implemented by the American acoustics Robert J. Urik (See Robert J. Urik. Deepwater hydrophone chain (US Pat. No. 3982222 of 09/21/1976). In the present invention, the idea of J. Urik is substantially refined in relation to its implementation in an extended oceanic wave propagation channel and the presentation of rays as parametric antennas (spatial tubes) providing the creation of a spatially developed parametric antenna commensurate with the length of the water area. Further, in the application description, the regularities are considered: the formation of a luminal parametric antenna in the marine environment, the formation of a parametric antenna under the conditions of an extended hydroacoustic wave propagation channel with variable characteristics of the medium and its boundaries, like a multi-beam antenna, the laws of nonlinear interaction of waves of various physical nature in the marine environment.

Параметрическая модель низкочастотного просветного метода гидролокации в условиях протяженного океанического волновода.A parametric model of a low-frequency translucent sonar method in an extended ocean waveguide.

Формируемая пространственно-развитая приемная параметрическая антенна является просветной многолучевой системой гидролокации информационных волн. Для обоснования просветной активно-пассивной системы гидролокации, как параметрической с низкочастотной накачкой (подсветкой) контролируемой морской среды или водного рубежа, рассмотрим закономерность формирования просветной линии при распространении акустической энергии из точки излучения в точку приема. (См. Мироненко М.В., Малашенко А.Е. и др. Низкочастотный просветный метод дальней гидролокации гидрофизических полей морской среды. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2006. 172 С.)The formed spatially developed receiving parametric antenna is a translucent multipath system for sonar information waves. To justify the translucent active-passive sonar system, as parametric with low-frequency pumping (backlight) of a controlled marine environment or water boundary, we consider the pattern of formation of the translucent line when acoustic energy propagates from the radiation point to the receiving point. (See Mironenko M.V., Malashenko A.E. et al. Low-frequency translucent method for long-range sonarization of hydrophysical fields in the marine environment. - Vladivostok: SKB SAMI FEB RAS, 2006. 172 p.)

На фиг. 14 приведена качественная картина пространственной структуры зон Френеля между точками излучения и приема просветных сигналов. Каждая из зон (1…hn) в пространстве образуют эллипсоиды вращения. Первая зона образует область пространства, которая в основном определяет перенос энергии просветных акустических волн из точки излучения А в точку приема В. Энергия сигнала из точки излучения А в точку приема В распространяется в пределах области пространства, границы которой определяются на основе принципа Гюйгенса и построения зон Френеля.In FIG. Figure 14 shows a qualitative picture of the spatial structure of Fresnel zones between the points of emission and reception of translucent signals. Each of the zones (1 ... h n ) in space form rotation ellipsoids. The first zone forms a region of space, which basically determines the transfer of energy of the translucent acoustic waves from the radiation point A to the receiving point B. The signal energy from the radiation point A to the receiving point B propagates within the space region, the boundaries of which are determined based on the Huygens principle and the construction of the zones Fresnel.

Действие всех остальных зон в результате их попарной нейтрализации (вследствие отличия по фазе на 180°) эквивалентно действию примерно половины первой зоны. То есть, для получения в точке приема энергии сигнала такой же величины, как и в свободном пространстве, необходимо, чтобы первая зона на всем пути распространения волн оставалась "чистой" от экранирования препятствиями или преобразования рассеивающими неоднородностями. Радиус h зоны номера п определяется по формуле Френеля:The effect of all other zones as a result of their pairwise neutralization (due to a phase difference of 180 °) is equivalent to the action of about half of the first zone. That is, in order to receive the signal of the same magnitude as in free space at the point of energy reception, it is necessary that the first zone along the entire wave propagation path remains “clean” from shielding by obstacles or conversion by scattering inhomogeneities. The radius h of the zone of number p is determined by the Fresnel formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где R1, R2 - расстояния, определяющие положение объекта на линии излучения - приема; λ - длина просветной акустической волны; n - номер зон Френеля (достаточно взять нечетное число зон, например, три или пять).where R 1 , R 2 - distances that determine the position of the object on the line of radiation - reception; λ is the length of the translucent acoustic wave; n is the number of Fresnel zones (it is enough to take an odd number of zones, for example, three or five).

В случае расположения в пределах пространства первой зоны Френеля излучающего объекта с сопутствующей нелинейной неоднородностью среды будет происходить не только экранирование проходящих волн, но также их интенсивное параметрическое преобразование на этой неоднородности. В этом случае первая зона Френеля выполняет функции пространственной (бестелесной) параметрической просветной антенны бегущей волны накачки. Принципиальной особенностью просветного метода гидролокации, как параметрического, является то, что система мониторинга в этом случае представляет собой многолучевую приемоизлучающую просветную антенну, как показано на фиг. 15, обоснование преимуществ которой является предметом разработки изобретения.If the emitting object with the accompanying nonlinear inhomogeneity of the medium is located within the space of the first Fresnel zone, not only screening of the transmitted waves will occur, but also their intensive parametric transformation on this inhomogeneity. In this case, the first Fresnel zone functions as a spatial (incorporeal) parametric luminous antenna of a traveling pump wave. A fundamental feature of the luminal sonar method, as a parametric one, is that the monitoring system in this case is a multi-beam receive-emitting luminous antenna, as shown in FIG. 15, the justification of the advantages of which is the subject of development of the invention.

Формирование просветных пространственно-развитых параметрических антенн в условиях многолучевого распространения акустических волн в морской средеThe formation of luminous spatially developed parametric antennas in the conditions of multipath propagation of acoustic waves in the marine environment

Использование закономерностей многолучевого распространения сигналов по озвучиваемым трассам контролируемой акватории обеспечивает достижение принципиально нового эффекта, а именно - дальнего параметрического приема информационных волн различной физической природы, формируемых в воздушной и морской среде, а также донном грунте. Такой эффект может быть достигнут, как будет показано в описании изобретения за счет формирования зон акустической освещенности в приповерхностных слоях, на оси подводного звукового канала (ПЗК) и вблизи дна морской среды. Формирование зон освещенности по трассе распространения просветных волн обеспечивается за счет расположения излучающих преобразователей системы мониторинга на оси ПЗК, выше и ниже оси ПЗК, при этом точное размещение излучающих блоков по глубине определяется путем расчетов лучевой структуры поля по трассе распространения волн, что выполняется по специально разработанным программам. (См. Василенко A.M., Малиновский В.Э., Алюшин Д.А. «Дальность» программа расчета и анализа параметров гидроакустического поля. АС РФ на программу №2003611941, Владивосток, в/ч 90720, 2003. Карачун Л.Э., Мироненко М.В., Василенко A.M., Табояков А.А. Амплитудно-фазовая структура акустического поля в протяженном океаническом волноводе с переменными характеристиками среды «Амплитудно-фазовый фронт». - Г. Южно-Сахалинск, СКБ САМИ ДВО РАН. Св. об официальной регистрации программы для ЭВМ, №2004611325 от 29.03.2004.)Using the laws of multipath propagation of signals along the voiced paths of a controlled area ensures a fundamentally new effect, namely, the long-range parametric reception of information waves of various physical nature formed in the air and sea environment, as well as in the bottom soil. Such an effect can be achieved, as will be shown in the description of the invention due to the formation of zones of acoustic illumination in the surface layers, on the axis of the underwater sound channel (SLC) and near the bottom of the marine environment. The formation of light zones along the propagation path of the transmissive waves is ensured by the location of the emitting transducers of the monitoring system on the S-axis, above and below the S-axis, while the exact placement of the emitting blocks in depth is determined by calculating the beam structure of the field along the wave propagation path, which is performed according to specially developed programs. (See. Vasilenko AM, Malinovsky V.E., Alyushin D.A. “Range” program for calculating and analyzing the parameters of the hydroacoustic field. AS of the Russian Federation for program No. 2003611941, Vladivostok, military unit 90720, 2003. Karachun L.E., Mironenko MV, Vasilenko AM, Taboyakov AA Amplitude-phase structure of the acoustic field in an extended ocean waveguide with variable medium characteristics “Amplitude-phase front.” - G. Yuzhno-Sakhalinsk, SKB SAMI FEB RAS. official registration of the computer program, No. 2004611325 of March 29, 2004.)

Формирование совокупности просветных линий по трассам контролируемой акватории выполняется относительно неподвижного излучающего центра по кругу или по периметру акватории. Именно это обеспечивает получение соизмеримой с пространственным объемом и протяженностью акватории пространственно-развитой просветной параметрической антенны, исключающей недостатки прототипа, а также классических антенн.The formation of a set of luminal lines along the paths of a controlled water area is performed relative to a stationary radiating center in a circle or around the perimeter of the water area. It is this that ensures the obtaining of a spatially developed luminal parametric antenna that is commensurate with the spatial volume and extent of the water area, eliminating the disadvantages of the prototype, as well as classical antennas.

Большой пространственный объем просветных параметрических антенн, а также их протяженность по контролируемой акватории протяженностью десятки-сотни километров, обеспечивает эффективный прием информационных волн малых амплитуд звукового, инфразвукового, дробного и СНЧ диапазонов частот, формируемых источниками, процессами и явлениями морской среды, атмосферы и земной коры (морского дна).The large spatial volume of the luminaire parametric antennas, as well as their length over a controlled area of tens to hundreds of kilometers, provides efficient reception of information waves of small amplitudes of sound, infrasound, fractional and VLF frequency ranges generated by sources, processes and phenomena of the marine environment, atmosphere and the earth's crust (seabed).

Таким образом, построение протяженных многолучевых просветных параметрических систем в морской среде обеспечивается за счет формирования многолучевой пространственно-развитой параметрической антенны, обеспечивающей дальний и сверхдальний параметрический прием волн различной физической природы в диапазоне частот десятки - единицы килогерц, сотни - десятки - единицы - доли Герца. Формирование совокупности просветных линий по трассам (секторам) контролируемой акватории выполняется относительно неподвижного излучающего центра по кругу или по периметру акватории. Именно это обеспечивает формирование соизмеримой с про-странственным объемом и протяженностью акватории низкочастотной просветной многолучевой пространственно-развитой параметрической антенны, исключающей недостатки классических высокочастотных антенн и получение принципиально новых измерительных характеристик.Thus, the construction of extended multipath illuminated parametric systems in the marine environment is ensured by the formation of a multi-beam spatially developed parametric antenna that provides long-range and ultra-long parametric reception of waves of various physical nature in the frequency range of tens - units of kilohertz, hundreds - tens - units - fractions of Hertz. The formation of a set of luminal lines along the paths (sectors) of the controlled water area is performed relative to the stationary emitting center in a circle or around the perimeter of the water area. It is this that ensures the formation of a low-frequency translucent spatially developed parametric antenna that is comparable with the spatial volume and extent of the water area, eliminating the disadvantages of classical high-frequency antennas and obtaining fundamentally new measuring characteristics.

Решение задачи определения мест источников излучения на трассах контролируемой акватории дано в изобретении американского акустика Роберт Дж. Урика «вертикальная цепочка гидрофонных блоков». (См. Роберт Дж. Урик. Глубоководная цепочка гидрофонов. Пат. США №3982222 от 21.09.1976.) Указанное решение основано на измерениях углов прихода сигналов шумового излучения на блоки приемной антенны «сверху и снизу», при этом точки пересечения лучей определяют места (глубину и дистанцию) объектов. Рассмотренное решение применимо только на ближних (порядка 10-ти км) от приемных антенн дистанциях. В предлагаемом изобретении представлено решение дальнего (десятки-сотни км) приема информационных волн методом низкочастотной просветной параметрической гидролокации. (См. Роберт Дж. Урик. Глубоководная цепочка гидрофонов. Пат. США №3982222 от 21.09.1976. Мироненко М.В., Короченцев В.И. Закономерности взаимодействия упругих и электромагнитных волн в морской воде // Международный симпозиум «Подводные технологии - 2000». Япония, Токио, май 2000. - С. 105-109.) В просветной измерительной системе используется три ненаправленных излучателя (преобразователя), которые располагают на оси ПЗК, выше и ниже оси ПЗК. Приемные блоки просветной системы, состоящие из трех ненаправленных преобразователей, располагают в вертикальной плоскости по треугольнику. В каждом приемном блоке измеряют функции корреляции принимаемых просветных сигналов между средним и крайними (верхним и нижним) преобразователями, затем измеряют функции их взаимной корреляции, по которым затем определяют направления приема информационных волн по просветным лучам сверху и снизу с повышенной точностью. Определение приходов просветных лучей сверху и снизу тремя приемными блоками обеспечивает наблюдение и контроль всех горизонтов, кроме тех, которые попадают в зоны тени, где просветное поле формируется слабыми отраженными от дна и морской поверхности лучами (См. Андреева И.Б. Физические основы распространения звука в океане. - Л.: Гидрометеоиздат, 1975). При этом пологие лучи, распространяющиеся вдоль оси ПЗК, обеспечивают сплошную засветку пространства на горизонте оси гидроакустического канала, как показано на фиг. 15.The solution to the problem of determining the locations of radiation sources on the routes of a controlled area is given in the invention of the American acoustics Robert J. Urik “vertical chain of hydrophone units”. (See Robert J. Urik. Deepwater Hydrophone Chain. US Pat. No. 3982222 of 09/21/1976.) This solution is based on measuring the angles of arrival of noise radiation signals at the receiving antenna blocks “above and below”, while the intersection points of the rays determine the places (depth and distance) of objects. The considered solution is applicable only at short distances (about 10 km) from the receiving antennas. The present invention provides a solution to the distant (tens to hundreds of kilometers) reception of information waves by the method of low-frequency translucent parametric sonar. (See Robert J. Urik. Deep-water chain of hydrophones. US Pat. No. 3982222 from 09/21/1976. Mironenko MV, Korochentsev VI Patterns of interaction of elastic and electromagnetic waves in sea water // International Symposium “Underwater Technologies - 2000. ”Japan, Tokyo, May 2000. - P. 105-109.) The luminal measuring system uses three non-directional emitters (transducers), which are located on the PZK axis, above and below the PZK axis. The receiving units of the luminal system, consisting of three non-directional converters, are placed in a vertical plane along a triangle. In each receiving unit, the correlation functions of the received translucent signals between the middle and extreme (upper and lower) transducers are measured, then the functions of their mutual correlation are measured, which then determine the directions of the reception of information waves by the translucent rays from above and below with increased accuracy. The determination of the arrivals of the translucent rays from above and below by the three receiving units ensures the observation and control of all horizons, except those that fall into the shadow zone, where the translucent field is formed by weak rays reflected from the bottom and sea surface (See. Andreeva I. B. Physical fundamentals of sound propagation in the ocean .-- L .: Gidrometeoizdat, 1975). In this case, gentle rays propagating along the SLC axis provide continuous illumination of the space on the horizontal axis of the sonar channel, as shown in FIG. fifteen.

Взаимодействие волн различной физической природы в морской средеInteraction of waves of various physical nature in the marine environment

В отличие от классических параметрических устройств излучения и приема сигналов просветная система контроля морских акваторий, основанная на реализации закономерностей нелинейной акустики, представляет собой многоканальную широкомасштабную параметрическую антенну с низкочастотной подсветкой (накачкой) среды. Параметрическое взаимодействие просветных и информационных сигналов, а также преобразование их полями (или специальными излучениями) объектов происходит на всем пути распространения в водной среде. При этом наиболее эффективное параметрическое взаимодействие осуществляется в сопутствующей движущимся объектам нелинейной области, которая имеет достаточно большие величины (например, в случае возмущения среды кильватерным следом она может составлять единицы кубических километров).In contrast to the classical parametric devices for emitting and receiving signals, the translucent marine monitoring system, based on the implementation of the laws of nonlinear acoustics, is a multichannel large-scale parametric antenna with low-frequency illumination (pumping) of the medium. The parametric interaction of the luminal and information signals, as well as their conversion by the fields (or special emissions) of objects occurs along the entire propagation path in the aquatic environment. In this case, the most effective parametric interaction is carried out in the nonlinear region that accompanies moving objects, which has sufficiently large values (for example, in the case of a perturbation of the medium by the wake trace, it can be units of cubic kilometers).

Рассматривая закономерности нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и информационных волн в морской среде следует отметить, что классические выражения взаимодействия волн применительно к низкочастотному просветному методу не могут быть использованы. В этом случае взаимодействие может происходить на больших удалениях от приемника (десятки-сотни километров). Исходя из этого, в классических выражениях взаимодействия просветных волн с объектными волнами следует учитывать:Considering the laws of nonlinear interaction and parametric transformation of translucent and information waves in the marine environment, it should be noted that the classical expressions of wave interaction as applied to the low-frequency translucent method cannot be used. In this case, the interaction can occur at large distances from the receiver (tens to hundreds of kilometers). Based on this, in the classical expressions of the interaction of translucent waves with object waves, one should take into account:

- затухание просветной волны Рn, обусловленное ее расхождением при распространении в волноводе в соответствии с известными принципами, которое обратно пропорционально квадрату расстояния Pn/R2;- attenuation of the translucent wave P n , due to its divergence during propagation in the waveguide in accordance with known principles, which is inversely proportional to the square of the distance P n / R 2 ;

- взаимодействие волн по объему нелинейно-возмущенной среды V;- the interaction of waves in the volume of a nonlinearly perturbed medium V;

- повышенную степень нелинейности среды в объеме взаимодействия γ;- an increased degree of nonlinearity of the medium in the interaction volume γ;

- малое отличие частот просветных волн ωn и полезного сигнала ωc, которое в этом случае находится в пределах одного порядка и обеспечивает их более интенсивное взаимодействие.- a small difference between the frequencies of the translucent waves ω n and the useful signal ω c , which in this case is within the same order and ensures their more intense interaction.

С учетом этих поправок аналитические зависимости для амплитуд комбинационных волн и индекса фазовой модуляции могут быть представлены в следующем виде (См. Мироненко М.В., Малашенко А.Е. и др. Низкочастотный просветный метод дальней гидролокации гидрофизических полей морской среды. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2006. 172 С. Малашенко А.Е., Мироненко М.В. и др. Создание и эксплуатация радиогидроакустических систем мониторинга гидрофизических полей морских акваторий. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2012. 263 С):With these corrections, the analytical dependences for the amplitudes of the Raman waves and the phase modulation index can be presented as follows (See Mironenko M.V., Malashenko A.E. et al. SKB SAMI FEB RAS, 2006. 172 S. Malashenko AE, Mironenko MV, etc. Development and operation of radio-acoustic systems for monitoring hydrophysical fields in marine waters. - Vladivostok: SKB SAMI FEB RAS, 2012. 263 C):

Figure 00000002
Figure 00000002

где V - объем среды нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн; R - расстояние от точки излучения до точки расположения объема локации; у -коэффициент нелинейности морской среды.where V is the volume of the medium of nonlinear interaction and parametric wave transformation; R is the distance from the radiation point to the location point of the location volume; y is the coefficient of nonlinearity of the marine environment.

Как видно из выражений, давление комбинационных волн и индекс фазовой модуляции аналогичны классической зависимости, но в этом случае возрастет полезная фазовая модуляция просветных сигналов принимаемыми сигналами, что обусловлено усилением взаимодействия волн в объеме среды с повышенной нелинейностью.As can be seen from the expressions, the pressure of the Raman waves and the phase modulation index are similar to the classical dependence, but in this case the useful phase modulation of the luminal signals by the received signals will increase, which is due to the increased interaction of waves in the medium with increased nonlinearity.

Характеристика направленности просветной параметрической антенны подобна пространственной антенне бегущей волны и, в этой связи, обладает высокой направленностью и помехозащищенностью. Она может быть представлена в виде:The directivity characteristic of a luminous parametric antenna is similar to a spatial traveling wave antenna and, in this regard, has a high directivity and noise immunity. It can be represented as:

Figure 00000003
Figure 00000003

Таким образом, ширина характеристики направленности просветной параметрической антенны ограничивается пределами первых зон Френеля, которые, в свою очередь, определяются длиной волны просветных сигналов и протяженностью барьерной линии. Исходя из этого, можно считать, что направленность и помехоустойчивость просветной параметрической антенны в отдельных случаях могут значительно превосходить характеристики классических антенн. Понятие ширины характеристики направленности на уровне половины мощности для такой антенны практически отпадает, что также обеспечивает ее преимущество.Thus, the width of the directivity characteristics of the luminal parametric antenna is limited by the limits of the first Fresnel zones, which, in turn, are determined by the wavelength of the luminal signals and the length of the barrier line. Based on this, we can assume that the directivity and noise immunity of the luminal parametric antenna in some cases can significantly exceed the characteristics of classical antennas. The notion of the width of the directivity characteristic at half power for such an antenna practically disappears, which also provides its advantage.

Теоретическое обоснование возможностей реализации закономерностей нелинейной акустики в предлагаемом параметрическом способе заключается в следующем. Известно, что характеристики гидрофизических полей морской среды различной физической природы, в которой распространяется гидроакустическая волна, влияют на ее параметры. Это связано с тем, что влияние гидрофизических полей осуществляется через изменение плотности и коэффициента упругости среды. По своей физической сущности заявляемый способ предусматривает изменение плотности и (или) температуры контролируемой водной среды, распределение этих величин в протяженной рабочей зоне параметрического приема (взаимодействия волн различной физической природы), которое является следствием воздействия на морскую среду измеряемыми информационными полями, формируемыми комплексом информационных сигналов, распространяющихся в обследуемой акватории. Очевидно, что и все инфразвуковые волны, сформированные специальными морскими источниками или стихийными явлениями (например, землетрясениями или цунами) будут надежно зарегистрированы (См. Мироненко М.В., Малашенко А.Е. и др. Низкочастотный просветный метод дальней гидролокации гидрофизических полей морской среды. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2006. 172 С. Малашенко А.Е., Мироненко М.В. и др. Создание и эксплуатация радиогидроакустических систем мониторинга гидрофизических полей морских акваторий. - Владивосток: СКБ САМИ ДВО РАН, 2012. 263 С).The theoretical rationale for the implementation of the laws of nonlinear acoustics in the proposed parametric method is as follows. It is known that the characteristics of hydrophysical fields of the marine environment of various physical nature in which the hydroacoustic wave propagates affect its parameters. This is due to the fact that the influence of hydrophysical fields is carried out through a change in the density and coefficient of elasticity of the medium. According to its physical nature, the inventive method provides for a change in the density and (or) temperature of a controlled aqueous medium, the distribution of these values in an extended working area of parametric reception (interaction of waves of various physical nature), which is a consequence of the impact on the marine environment with measured information fields generated by a complex of information signals propagating in the surveyed water area. Obviously, all infrasound waves generated by special marine sources or natural disasters (for example, earthquakes or tsunamis) will be reliably detected (see Mironenko MV, Malashenko AE, etc. Low-frequency translucent method for long-range hydro-physical field hydro-physical sonar fields Wednesdays - Vladivostok: SKB SAMI FEB RAS, 2006. 172 S. Malashenko AE, Mironenko MV et al. Development and operation of radio-acoustic systems for monitoring hydrophysical fields in marine waters. - Vladivostok: SKB SAMI FEB RAS, 2012. 263 C).

Качественная и количественная характеристики процесса взаимодействия упругих (акустических) и электромагнитных волн в проводящих средах заключаются в следующем. При излучении электромагнитной волны в морскую электропроводящую среду, происходит ее поглощение и затухание. Одновременно значительно уменьшается ее длина. В зависимости от проводимости морской среды расстояние, на котором затухает электромагнитная волна инфразвуковых частот (от единиц Гц до сотен Гц), может составлять от 10-20 метров до 100-200 метров. При этом «длина» затухающей электромагнитной волны может составлять от 0,1-0,2 до 10-20 метров.Qualitative and quantitative characteristics of the process of interaction of elastic (acoustic) and electromagnetic waves in conductive media are as follows. When an electromagnetic wave is emitted into a marine electrically conductive medium, its absorption and attenuation occur. At the same time, its length is significantly reduced. Depending on the conductivity of the marine environment, the distance at which the electromagnetic wave of the infrasonic frequencies decays (from units of Hz to hundreds of Hz) can range from 10-20 meters to 100-200 meters. In this case, the "length" of the damped electromagnetic wave can be from 0.1-0.2 to 10-20 meters.

Математически процесс распространения электромагнитной волны описывается известным уравнением диффузии, которое выводится на основе теории взаимодействия электромагнитной волны в проводящей жидкости, приблизительно описывающей морскую среду. Теоретическая основа рассматриваемой закономерности заключается в том, что электрические токи, генерируемые электромагнитной волной, переходят в джоулево тепло. Диссипативные потери на ток проводимости в морской среде преобразовываются в тепловые потери, которые в свою очередь изменяют механические характеристики проводящей жидкости (плотность, температуру, теплоемкость и т.д.). При пропускании по такой модулированной в пространстве нелинейной среде акустической волны накачки ее параметры будут модулированы за счет изменения фазовой скорости волны по трассе распространения. Спектр упругой (акустической) волны накачки за счет нелинейного преобразования изменяется, в нем формируются высокочастотные и низкочастотные параметрические составляющие. Параметрический прием информационных волн в рассматриваемой системе проявляется как амплитудно-фазовая модуляция акустической волны накачки, которая распространяется вместе с ней в точку приема и затем выделяется в тракте обработки сигналов. Процесс формирования параметрического приема волн просветной гидроакустической линией можно пояснить обычной системой уравнений гидродинамики для вязкой жидкости при наложении на уравнение состояния соответствующих изменений фазовой скорости звука во времени и пространстве (Воронин В.А., Кириченко И.А. Исследование параметрической антенны в стратифицированной среде с изменяющимся полем скорости звука. Журнал «Известия ВУЗов». - Электромеханика, №4,1995. Шостак СВ., Мироненко М.В., Сургаев И.Н. Амплитудно-фазовая модуляция просветных акустических волн при их взаимодействии с электромагнитными в морской среде // Сб. статей. - Владивосток. ТОВМИ. Вып. 22, 2001. С. 82-88. Мироненко М.В., Короченцев В.И. Закономерности взаимодействия упругих и электромагнитных волн в морской воде // Международный симпозиум «Подводные технологии - 2000». Япония, Токио, май 2000. - С. 105-109).Mathematically, the process of propagation of an electromagnetic wave is described by the well-known diffusion equation, which is derived on the basis of the theory of the interaction of an electromagnetic wave in a conducting fluid, which approximately describes the marine environment. The theoretical basis of the pattern under consideration is that the electric currents generated by the electromagnetic wave pass into Joule heat. Dissipative losses on the conduction current in the marine environment are converted into heat losses, which in turn change the mechanical characteristics of the conductive fluid (density, temperature, heat capacity, etc.). When an acoustic pump wave is transmitted through such a nonlinear medium modulated in space, its parameters will be modulated by changing the phase velocity of the wave along the propagation path. The spectrum of an elastic (acoustic) pump wave changes due to nonlinear conversion, and high-frequency and low-frequency parametric components are formed in it. The parametric reception of information waves in the system under consideration is manifested as amplitude-phase modulation of the acoustic pump wave, which propagates with it to the receiving point and then is allocated in the signal processing path. The process of generating parametric wave reception by a translucent hydroacoustic line can be explained by the usual system of hydrodynamic equations for a viscous fluid when superimposed on the equation of state of the corresponding changes in the phase velocity of sound in time and space (V. Voronin, I. A. Kirichenko. Study of a parametric antenna in a stratified medium with the changing field of the speed of sound. Journal of Izvestiya VUZov. - Electromechanics, No. 4.1995. Shostak SV., Mironenko MV, Surgaev IN Amplitude-phase modulation of translucent aku waves during their interaction with electromagnetic waves in the marine environment // Collection of articles. - Vladivostok. TOVMI. Issue 22, 2001. P. 82-88. Mironenko MV, Korochentsev VI Patterns of interaction of elastic and electromagnetic waves in seawater // International Symposium "Underwater Technologies - 2000". Japan, Tokyo, May 2000. - P. 105-109).

Качественно любые изменения плотности, давления при постоянной температуре приводят к изменению фазовой скорости звука во времени в зоне взаимодействия электромагнитной волны с упругой через морскую среду, проводящую электрический ток. То есть, в отличие от классических уравнений гидродинамики для идеальной жидкости, которые используются в теории нелинейных параметрических излучателей, в последних уравнениях фазовая скорость упругой волны изменяется во времени и пространстве по закону изменения электромагнитной волны. Таким образом, если в рабочей зоне просветной параметрической системы распространяется электромагнитная волна гармонической частоты Ωэм, то фазовая скорость упругой (просветной акустической) волны будет меняться с той же частотой Ωзв=Ωэм. Количественные характеристики глубины модуляции можно получить, используя конкретные инженерные модели реализации способа.Qualitatively, any changes in density and pressure at a constant temperature lead to a change in the phase velocity of sound over time in the zone of interaction of an electromagnetic wave with an elastic wave through a marine medium conducting electric current. That is, in contrast to the classical equations of hydrodynamics for an ideal fluid, which are used in the theory of nonlinear parametric emitters, in the latter equations the phase velocity of an elastic wave changes in time and space according to the law of change of the electromagnetic wave. Thus, if an electromagnetic wave of a harmonic frequency Ω em propagates in the working zone of the lumen parametric system, then the phase velocity of the elastic (lumen acoustic) wave will change with the same frequency Ω sv = Ω em . Quantitative characteristics of the modulation depth can be obtained using specific engineering models for implementing the method.

Теоретическими и морскими экспериментальными исследованиями обоснованы закономерность и эффективность, так называемого, «тройного» взаимодействия акустических просветных волн с акустическими и электромагнитными полями источников морской среды. Показано, что морские источники, например сейсмические возмущения морского дна, могут быть обнаружены по признакам преобразования их упругими и электромагнитными полями распространяющихся в среде просветных акустических волн. Аналитический вид такого преобразования представляется в следующем виде (См. Шостак СВ., Мироненко М.В., Сургаев И.Н. Амплитудно-фазовая модуляция просветных акустических волн при их взаимодействии с электромагнитными в морской среде // Сб. статей. - Владивосток. ТОВМИ. Вып. 22, 2001. С. 82-88):Theoretical and marine experimental studies substantiate the regularity and effectiveness of the so-called “triple” interaction of acoustic translucent waves with the acoustic and electromagnetic fields of marine sources. It is shown that marine sources, for example, seismic disturbances of the seabed, can be detected by signs of their transformation by elastic and electromagnetic fields of transparent acoustic waves propagating in the medium. The analytical form of such a transformation is presented in the following form (See Shostak SV., Mironenko M.V., Surgaev I.N. Amplitude-phase modulation of translucent acoustic waves during their interaction with electromagnetic waves in the marine environment // Collection of articles. - Vladivostok. TOVMI. Issue 22, 2001.P. 82-88):

Figure 00000004
Figure 00000004

где Р*(t), Р - результирующее (модулированное) и мгновенное значения просветной акустической волны; 2ω - частота нелинейно сформированной волны; Ω - низкочастотная акустическая волна от объекта; t - текущее время; Jn - функции Бесселя n-го порядка; А - амплитуда модулированной волны; mp - коэффициент модуляции.where P * (t), P is the resulting (modulated) and instantaneous values of the translucent acoustic wave; 2ω is the frequency of a nonlinearly generated wave; Ω is the low-frequency acoustic wave from the object; t is the current time; J n - n-th order Bessel functions; A is the amplitude of the modulated wave; m p is the modulation coefficient.

Анализ этого выражения показывает, что спектр колебаний взаимодействующих волн состоит из бесконечного числа составляющих, расположенных симметрично относительно удвоенной центральной частоты 2ω, равной сумме частот взаимодействующих волн, значения частот которых отличаются от 2ω на n·Ω, где n - любое целое число. Амплитуды n-х боковых составляющих будут определяться выражением:An analysis of this expression shows that the vibrational spectrum of interacting waves consists of an infinite number of components located symmetrically with respect to the doubled central frequency 2ω, equal to the sum of the frequencies of the interacting waves whose frequency values differ from 2ω by n · Ω, where n is any integer. The amplitudes of the n-th side components will be determined by the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

Из него следует, что вклад различных боковых составляющих в суммарную мощность модулированного колебания определяется величиной 2А/Р. Причем при малых значениях коэффициента модуляции mp спектр колебания состоит приближенно из суммарной центральной частоты 2ω и двух боковых частот: верхней (2ω+Ω) и нижней (2ω-Ω).It follows from this that the contribution of various side components to the total power of the modulated oscillation is determined by the value 2A / P. Moreover, at small values of the modulation index m p oscillation spectrum consists approximately of the total center frequency 2ω and two sideband frequencies: upper (2ω + Ω) and lower (2ω-Ω).

Итак, совместное распространение в нелинейной морской среде просветной звуковой волны с информационными волнами «малых амплитуд» сопровождается их взаимодействием и параметрическим преобразованием. Следует отметить также, что преобразование просветных акустических волн может осуществляться излучениями (волнами) различной физической природы (акустическими, электромагнитными, гидродинамическими). Результатом параметрического преобразования взаимодействующих волн является их взаимная амплитудно-фазовая модуляция. Сформированные в результате преобразования просветных волн параметрические составляющие суммарной и разностной частоты при обработке эффективно выделяются, как признаки фазовой модуляции, что обосновано математическими зависимостями и подтверждено результатами морских экспериментов.So, the joint propagation of a translucent sound wave in a nonlinear marine environment with information waves of "small amplitudes" is accompanied by their interaction and parametric transformation. It should also be noted that the conversion of translucent acoustic waves can be carried out by radiation (waves) of various physical nature (acoustic, electromagnetic, hydrodynamic). The result of the parametric transformation of the interacting waves is their mutual amplitude-phase modulation. The parametric components of the total and difference frequencies generated as a result of the transformation of the translucent waves during processing are effectively distinguished as signs of phase modulation, which is justified by mathematical relationships and confirmed by the results of marine experiments.

Как видно из рассмотренных закономерностей, просветная приемная параметрическая антенна, основанная на низкочастотной подсветке контролируемой среды, формируется по каждому отдельному акустическому лучу, при этом каждый луч просветной системы представляет собой протяженную параметрическую антенну, обеспечивающую эффективное решение задачи дальнего параметрического приема волн различной физической природы в широком диапазоне частот. Совокупность лучевых трубок в вертикальной плоскости обеспечивает формирование многолучевой параметрической антенны пространственно развитой по протяженности и пространству контролируемой акватории. Расположение излучающих преобразователей системы относительно ПЗК на горизонтах выше и ниже его оси обеспечивает формирование зон освещенностей вблизи поверхности моря и дна, а также вдоль оси канала ПЗК. Секторное расположение вертикальных просветных антенн по кругу или периметру контролируемой акватории при стационарно расположенном в центре излучателе обеспечивает формирование пространственно-развитой параметрической антенны соизмеримой с объемом и протяженностью пространства контролируемой среды. Кроме того, круговое горизонтальное разнесение вертикальных многолучевых параметрических антенн целесообразно устанавливать через 45 град, т.е. в количестве не менее 8-ми штук, что соответствует реализации корреляционных свойств антенн, принимающих просветные сигналы стабилизированной частоты, и обеспечивает подавление помех среды с низкой корреляцией, как случайных сигналов.As can be seen from the considered patterns, a luminous receiving parametric antenna, based on the low-frequency illumination of the controlled medium, is formed for each individual acoustic beam, while each beam of the luminal system is an extended parametric antenna that provides an effective solution to the problem of long-range parametric reception of waves of various physical nature in a wide frequency range. The combination of beam tubes in the vertical plane provides the formation of a multi-beam parametric antenna spatially developed in length and space of the controlled water area. The location of the emitting transducers of the system relative to the CCD at horizons above and below its axis provides the formation of zones of illumination near the surface of the sea and the bottom, as well as along the axis of the channel of the CCD. The sectorial arrangement of vertical luminal antennas in a circle or perimeter of a controlled water area with a stationary emitter in the center provides the formation of a spatially-developed parametric antenna commensurate with the volume and extent of the space of the controlled medium. In addition, it is advisable to install the horizontal horizontal spacing of vertical multipath parametric antennas through 45 degrees, i.e. in the amount of not less than 8 pieces, which corresponds to the implementation of the correlation properties of antennas receiving transmissive signals of a stabilized frequency, and provides suppression of environmental noise with a low correlation, as random signals.

Таким образом, в материалах заявки на изобретение проведено теоретическое обоснование, представлены разработки практических путей формирования пространственно-развитой приемной параметрической антенны, как широкомасштабной многофункциональной просветной системы мониторинга пространственно-временных характеристик волн различной физической природы, формируемых искусственными объектами и естественными процессами. Разработки такой системы проведены на основе закономерностей нелинейной гидроакустики, ее параметрической модели и взаимодействия волн различной физической природы в морской среде. Параметрическая антенна обеспечивает дальний параметрический прием волн малых амплитуд в сплошном диапазоне частот, охватывающий сотни - десятки - единицы - доли Герца включая сверхнизкочастотные колебания движущихся тел и неоднородностей морской среды. Преимуществом разработок пространственно-развитой приемной параметрической антенны, как измерительной системы, является простота ее создания и эксплуатации. Излучающий и приемный тракты антенны могут быть сформированы из существующих радиотехнических средств. В качестве низкочастотных излучающих преобразователей могут быть использованы подводные звуковые маяки наведения типа ПЗМ - 400. Многоэлементные приемные блоки, как направленные корреляционные системы, могут быть сформированы из протяженных многоэлементных дискретных антенн, разрабатываемых и изготавливаемых заявителем изобретения (ФГБУН СКБ САМИ ДВО РАН).Thus, in the materials of the application for the invention, a theoretical substantiation is carried out, development of practical ways of forming a spatially developed receiving parametric antenna is presented, as a large-scale multifunctional luminous system for monitoring the spatio-temporal characteristics of waves of various physical nature generated by artificial objects and natural processes. The development of such a system was carried out on the basis of the laws of nonlinear hydroacoustics, its parametric model and the interaction of waves of various physical nature in the marine environment. A parametric antenna provides long-range parametric reception of small-amplitude waves in a continuous frequency range, covering hundreds - tens - units - Hertz fractions including ultra-low-frequency oscillations of moving bodies and inhomogeneities of the marine environment. The advantage of the development of a spatially-developed receiving parametric antenna as a measuring system is the simplicity of its creation and operation. The radiating and receiving paths of the antenna can be formed from existing radio equipment. Underwater sound guidance beacons of the PZM-400 type can be used as low-frequency emitting transducers. Multi-element receiving units, like directional correlation systems, can be formed from extended multi-element discrete antennas designed and manufactured by the applicant of the invention (FSBUN SKB SAMI FEB RAS).

Claims (4)

1. Способ формирования и применения пространственно развитой просветной параметрической антенны в морской среде, включающий в себя ограничение контролируемой акватории излучающими и приемными акустическими преобразователями, озвучивание среды низкочастотными гидроакустическими сигналами стабилизированной частоты и формирование в ней рабочих зон нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и информационных волн различной физической природы, прием нелинейно преобразованных волн и усиление их в полосе параметрического преобразования, перенос их частотно-временного масштаба в высокочастотную область и узкополосный спектральный анализ, отличающийся тем, что просветную приемную параметрическую антенну формируют как многолучевую, соизмеримую с пространственной протяженностью контролируемой морской среды, для этого используют ненаправленные излучающие преобразователи, которые располагают в центре акватории и размещают их на оси подводного звукового канала (ПЗК), выше и ниже его, а три приемных блока формируют из трех ненаправленных акустических преобразователей каждый, размещенных в вертикальной плоскости по треугольникам, а по глубине располагают аналогично излучающим преобразователям, при этом вершины треугольников направляют в сторону излучателей, при этом нелинейно преобразованные просветные сигналы многоканально принимают одиночными преобразователями трех приемных блоков и посредством подводных кабелей через блок коммутации и переключения каналов анализа сигналов подают на входы многоканального и многофункционального приемного тракта, в котором измеряют характеристики просветных сигналов каждым приемным блоком, определяют направления их приходов в вертикальной плоскости контролируемого сектора, для этого принимаемые блоками просветные сигналы усиливают в полосе частот их параметрического преобразования, измеряют корреляционные функции сигналов между средним и крайними преобразователями, затем измеряют их взаимно корреляционные функции, по характерным максимумам которых определяют направления приходов информационных сигналов «сверху и снизу», далее на основе алгоритма решения «обратной лучевой задачи» формирования структуры просветного акустического поля определяют точки пересечения лучей по направлениям наблюдаемых секторов для каждого приемного блока как места расположения морских источников излучения информационных волн, далее в сигналах взаимно корреляционных функций с выходов каждой линии анализа измеряют узкополосные спектры, по которым с учетом параметрического преобразования в среде и частотно-временного преобразования в приемном тракте определяют частоту измеряемых информационных волн и их принадлежность (идентификацию) к атмосферным, морским или донным.1. A method for the formation and use of a spatially developed luminal parametric antenna in the marine environment, which includes limiting the controlled area to emitting and receiving acoustic transducers, dubbing the medium with low-frequency hydroacoustic signals of a stabilized frequency, and forming in it working zones of nonlinear interaction and parametric conversion of luminal and information waves of various physical nature, receiving nonlinearly transformed waves and amplifying them in a band parametric transformation, transferring their time-frequency scale to the high-frequency region and narrow-band spectral analysis, characterized in that the luminal receiving parametric antenna is formed as a multipath, comparable with the spatial extent of the controlled marine environment, for this purpose non-directional radiating transducers are located that are located in the center of the water area and place them on the axis of the underwater sound channel (PZK), above and below it, and three receiving units are formed from three non-directional each of them is located in the vertical plane along the triangles, and in depth they are located similarly to radiating converters, while the vertices of the triangles are directed towards the emitters, while the nonlinearly transformed luminal signals are multichannel received by the single converters of the three receiving units and by means of underwater cables through the switching and switching unit channels of signal analysis are fed to the inputs of a multichannel and multifunctional receiving path, in which they determine the characteristics of the luminal signals by each receiving unit, determine the directions of their arrivals in the vertical plane of the controlled sector, for this, the luminal signals received by the blocks are amplified in the frequency band of their parametric conversion, measure the correlation functions of the signals between the middle and extreme converters, then measure their cross-correlation functions, by the characteristic maxima of which determine the directions of arrival of information signals “above and below”, then based on the algorithm it is decided The “inverse radiation problem" of the formation of the structure of the translucent acoustic field determines the intersection points of the rays in the directions of the observed sectors for each receiving unit as the location of the marine sources of radiation of information waves, then in the signals of the cross-correlation functions from the outputs of each analysis line, narrow-band spectra are measured, according to which taking into account the parametric transformation in the medium and the time-frequency transformation in the receiving path, the frequency of the measured information waves is determined and their affiliation (identification) with atmospheric, marine or bottom. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сформированную в вертикальной плоскости многолучевую параметрическую антенну в количестве восьми одинаковых изделий размещают относительно излучающего центра по кругу или периметру контролируемой акватории через 45 градусов.2. The method according to p. 1, characterized in that the vertical beam of a multi-beam parametric antenna in the amount of eight identical products is placed relative to the emitting center in a circle or perimeter of a controlled area through 45 degrees. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сформированную многоэлементную антенну объединяют в общую конструкцию и устанавливают с помощью буев и якорей, а посредством кабеля соединяют с входами блока переключения каналов приемного тракта.3. The method according to p. 1, characterized in that the formed multi-element antenna is combined into a common structure and installed using buoys and anchors, and connected via cable to the inputs of the channel switching unit of the receiving path. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что расстояния между преобразователями приемных блоков в вертикальной плоскости устанавливают в соответствии с гидроакустическими характеристиками канала распространения волн и корреляционными свойствами просветного акустического поля на оси, ниже и выше оси подводного звукового канала. 4. The method according to p. 1, characterized in that the distances between the transducers of the receiving units in the vertical plane are set in accordance with the hydroacoustic characteristics of the wave propagation channel and the correlation properties of the translucent acoustic field on the axis below and above the axis of the underwater sound channel.
RU2014152073/28A 2014-12-22 2014-12-22 Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment RU2602995C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152073/28A RU2602995C2 (en) 2014-12-22 2014-12-22 Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014152073/28A RU2602995C2 (en) 2014-12-22 2014-12-22 Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014152073A RU2014152073A (en) 2016-07-10
RU2602995C2 true RU2602995C2 (en) 2016-11-20

Family

ID=56372626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014152073/28A RU2602995C2 (en) 2014-12-22 2014-12-22 Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2602995C2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659100C1 (en) * 2017-06-05 2018-06-28 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Large-scale radio-hydro acoustic system formation and application method for monitoring, recognizing and classifying the fields generated by the sources in marine environment
RU2659105C1 (en) * 2017-06-05 2018-06-28 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment
RU2799974C1 (en) * 2022-11-18 2023-07-14 Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн" Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158029C2 (en) * 1998-12-15 2000-10-20 Дальневосточный государственный технический университет Method for receiving of elastic waves in sea-water (modifications)
RU2452040C1 (en) * 2010-10-11 2012-05-27 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2472116C1 (en) * 2011-06-15 2013-01-10 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Hydro acoustic system of parametric reception of different-origin waves in sea water
RU2474793C1 (en) * 2011-06-15 2013-02-10 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2158029C2 (en) * 1998-12-15 2000-10-20 Дальневосточный государственный технический университет Method for receiving of elastic waves in sea-water (modifications)
RU2452040C1 (en) * 2010-10-11 2012-05-27 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2472116C1 (en) * 2011-06-15 2013-01-10 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Hydro acoustic system of parametric reception of different-origin waves in sea water
RU2474793C1 (en) * 2011-06-15 2013-02-10 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2659100C1 (en) * 2017-06-05 2018-06-28 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Large-scale radio-hydro acoustic system formation and application method for monitoring, recognizing and classifying the fields generated by the sources in marine environment
RU2659105C1 (en) * 2017-06-05 2018-06-28 Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Тихоокеанское Высшее Военно-Морское Училище Имени С.О. Макарова" Министерства Обороны Российской Федерации (Г. Владивосток) Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment
RU2801053C1 (en) * 2022-11-14 2023-08-01 Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн" Acoustic method for measuring motion parameters of the layered marine environment
RU2799974C1 (en) * 2022-11-18 2023-07-14 Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн" Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014152073A (en) 2016-07-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2550588C1 (en) Method of formation of parametric antenna in marine conditions
RU2593673C2 (en) Radio-hydroacoustic system for parametric reception of waves of sources and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment
RU2602763C2 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment
RU2474793C1 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2536836C1 (en) System for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment
JPS63502138A (en) Marine seismic exploration device
RU2659100C1 (en) Large-scale radio-hydro acoustic system formation and application method for monitoring, recognizing and classifying the fields generated by the sources in marine environment
US20140104979A1 (en) Ground-Penetrating Tunnel-Detecting Active Sonar
RU2452041C1 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2453930C1 (en) Method of parametric reception of waves of different physical origin in sea medium
RU2495448C1 (en) Method of detecting underwater objects
RU2608301C2 (en) System and method for 3d examination of sea bottom for engineering survey
RU2452040C1 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2602995C2 (en) Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment
RU2624607C1 (en) Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment
RU2424538C1 (en) Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel
RU2474794C1 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU83140U1 (en) PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
RU2602770C1 (en) Method of hydrophysical and geophysical fields acoustic tomography in marine environment
RU2691294C2 (en) Method for forming and application of global radiohydroacoustic system of monitoring atmospheric, oceanic and crustal fields in marine environment and recognition of sources thereof
RU2300781C1 (en) Device for hydrometeorological observations of sea range water area
RU2659105C1 (en) Large-scale radiohydroacoustic system of monitoring, recognizing and classifying fields generated by sources in marine environment
RU2536837C1 (en) Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment
RU2602993C1 (en) System of acoustic tomography of hydrophysical and geophysical fields in marine environment
RU2624602C1 (en) Acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181223