RU2802838C1 - Vector-scalar multicomponent receiver - Google Patents
Vector-scalar multicomponent receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2802838C1 RU2802838C1 RU2022127349A RU2022127349A RU2802838C1 RU 2802838 C1 RU2802838 C1 RU 2802838C1 RU 2022127349 A RU2022127349 A RU 2022127349A RU 2022127349 A RU2022127349 A RU 2022127349A RU 2802838 C1 RU2802838 C1 RU 2802838C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- prisms
- receiver
- piezoelectric
- scalar
- vector
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики, конкретно к векторно-скалярным приемникам и их применению для проведения гидроакустических исследований, в том числе для обнаружения источников подводных шумов в морях и океанах.The invention relates to the field of hydroacoustics, specifically to vector-scalar receivers and their use for hydroacoustic research, including for detecting sources of underwater noise in the seas and oceans.
Известны векторно-скалярные приемники, состоящие из приемников звукового давления и приемников градиента давления (ПГД), в точечных и линейных гидроакустических антеннах позволяющие обеспечить пространственную избирательность и повышение помехоустойчивости к внешним (дальнеполевым) помехам в низкочастотной области за счет реализуемой ПГД дипольной направленности (С.К. Скребнев «Комбинированные гидроакустические приемники», С.-Петербург, «Элмор», 1996). Основным недостатком перечисленных типов комбинированных приемников является низкое соотношение сигнал/помеха и низкая пространственная избирательность. Кроме того, недостатком приведенных в источнике описаний типов является то, что реализация только двух ортогональных компонент приема сигнала, что не обеспечивает формирование пространственной избирательности векторно-скалярного приемника гидроакустической антенны в направлении перпендикулярном этим двум ортогональным компонентам, а реализация конструктивов с тремя ортогональными компонентами требует относительно большого объема при низкой эффективности использования пространства. Кроме того, недостатком известного решения является реализация только двух ортогональных компонент приема сигнала, которая не обеспечивает формирование пространственной избирательности векторно-скалярного приемника гидроакустической антенны в направлении перпендикулярном этим двум ортогональным компонентам.Vector-scalar receivers are known, consisting of sound pressure receivers and pressure gradient receivers (PGD), in point and linear hydroacoustic antennas, allowing for spatial selectivity and increased noise immunity to external (far-field) interference in the low-frequency region due to the dipole directivity implemented by PGD (S. K. Skrebnev “Combined hydroacoustic receivers”, St. Petersburg, “Elmore”, 1996). The main disadvantage of the listed types of combined receivers is the low signal-to-noise ratio and low spatial selectivity. In addition, the disadvantage of the type descriptions given in the source is that the implementation of only two orthogonal components of signal reception, which does not ensure the formation of spatial selectivity of the vector-scalar receiver of the hydroacoustic antenna in the direction perpendicular to these two orthogonal components, and the implementation of constructs with three orthogonal components requires relatively large volume with low space efficiency. In addition, the disadvantage of the known solution is the implementation of only two orthogonal components of signal reception, which does not ensure the formation of spatial selectivity of the vector-scalar receiver of the hydroacoustic antenna in the direction perpendicular to these two orthogonal components.
Наиболее близким к заявляемому по назначению и технической сущности является комбинированный акустический приемник малого поперечного сечения для линейных антенн, включающий двухкомпонентный приемник градиента давления. Приемник представляет шарообразное тело, выполненное из звукопрозрачной уретановой композиции, внутри которого в двух взаимно перпендикулярных плоскостях располагаются приемники градиента давления, состоящие каждый из дипольной пары полусфер. Приемник давления состоит из двух цилиндрических чувствительных элементов из пьезокерамики, с двух сторон герметично закрытых крышками из капролона, одна из которых совмещена с полой выходной втулкой для вывода проводов, залитых в этой втулке уретановой композицией. Чувствительные цилиндрические элементы установлены симметрично относительно фазового центра, находящегося в центре шарообразного тела (патент РФ №2403684 C1, H04R 17/00).The closest to the claimed purpose and technical essence is a combined acoustic receiver of small cross-section for linear antennas, including a two-component pressure gradient receiver. The receiver is a spherical body made of a sound-transparent urethane composition, inside of which pressure gradient receivers, each consisting of a dipole pair of hemispheres, are located in two mutually perpendicular planes. The pressure receiver consists of two cylindrical sensitive elements made of piezoceramics, hermetically sealed on both sides with caprolon covers, one of which is combined with a hollow output sleeve for the output of wires filled in this sleeve with a urethane composition. Sensitive cylindrical elements are installed symmetrically relative to the phase center located in the center of the spherical body (RF patent No. 2403684 C1, H04R 17/00).
Существенным недостатком данного приемника является отсутствие возможности обеспечения высокоизбирательной характеристики направленности с низким уровнем боковых лепестков; а также отсутствие возможности сканирования в пространстве характеристики направленности и недостаточное использование чувствительных элементов как конструктивных элементов приемника.A significant disadvantage of this receiver is the inability to provide highly selective directional characteristics with low side lobes; as well as the lack of the ability to scan in space the directional characteristics and the insufficient use of sensitive elements as structural elements of the receiver.
Отсюда возникает техническая проблема разработки эффективного векторно-скалярного приемника, обеспечивающего высокую пространственную избирательность гидроакустической антенны малого поперечного размера во всей контролируемой области пространства и повышенную помехоустойчивость регистрации полезного сигнала в условиях воздействия помех при увеличении соотношения получаемого соотношения сигнал/помеха в широком диапазоне частот с возможностью пространственного сканирования при построении конструкции с повышенным содержанием объема чувствительных элементов.This raises the technical problem of developing an effective vector-scalar receiver that provides high spatial selectivity of a hydroacoustic antenna of small transverse size throughout the entire controlled area of space and increased noise resistance of recording a useful signal under the influence of interference while increasing the ratio of the resulting signal-to-interference ratio in a wide frequency range with the possibility of spatial scanning when building a structure with a high volume content of sensitive elements.
Перечисленные недостатки устранены в заявляемом техническом решении.The listed shortcomings are eliminated in the proposed technical solution.
Цель изобретения - увеличение соотношения получаемого соотношения сигнал/помеха в широком диапазоне частот с возможностью пространственного сканирования при построении конструкции с повышенным содержанием объема чувствительных элементов и применение кольцеобразной обтекаемой конструктива приемной части через построение многокомпонентного векторно-скалярный приемник, обеспечивающий повышенную пространственную избирательность при возможности сканирования пространства.The purpose of the invention is to increase the ratio of the resulting signal/interference ratio in a wide frequency range with the possibility of spatial scanning when constructing a structure with an increased content of the volume of sensitive elements and the use of a ring-shaped streamlined design of the receiving part through the construction of a multicomponent vector-scalar receiver, providing increased spatial selectivity with the possibility of spatial scanning .
Технический результат - векторно-скалярный приемник, обеспечивающий пространственную избирательность линейной гидроакустической антенны малого поперечного размера во всей контролируемой области пространства и повышенную помехоустойчивость регистрации полезного сигнала в условиях воздействия вибрационных помех.The technical result is a vector-scalar receiver that provides spatial selectivity of a linear hydroacoustic antenna of small transverse size throughout the entire controlled area of space and increased noise immunity for recording a useful signal under conditions of vibration interference.
Для решения названной проблемы предлагается векторно-скалярный приемник, выполненный в виде цилиндрического кольца, состоящего из набора пар пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией, симметрично разнесенных друг против друга и последовательно расположенных по сторонам цилиндрического кольца в изменяемом сегментах с раскрывом от 0° до 180°, снабженных электрическими контактами, образуя приемники градиента давления, и дополнительно содержащие электрический контакт для приемника давления, при этом каждая пара пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией имеет с соблюдением единого фазового центра на другой стороне цилиндрического кольца симметрично расположенную и последовательно подключенную пару пьезоэлектрических призм симметрично разнесенных друг против друга последовательно расположенных в изменяемом сегменте с раскрывом от 180° до 360° со встречной поляризацией.To solve this problem, a vector-scalar receiver is proposed, made in the form of a cylindrical ring, consisting of a set of pairs of piezoelectric prisms with counter polarization, symmetrically spaced opposite each other and sequentially located on the sides of the cylindrical ring in variable segments with an opening from 0° to 180°, equipped with electrical contacts, forming pressure gradient receivers, and additionally containing an electrical contact for the pressure receiver, each pair of piezoelectric prisms with counter polarization has, in compliance with a single phase center on the other side of the cylindrical ring, a symmetrically located and series-connected pair of piezoelectric prisms symmetrically spaced opposite each other each sequentially located in a variable segment with an opening from 180° to 360° with counter polarization.
Поставленная проблема решается также тем, что приемник снабжен аналогичным цилиндрическим кольцом, расположенным соосно первому - что дает возможность детектировать акустический сигнал по третьей координате, т.е. получить объемную картину принимаемого акустического сигнала.The problem posed is also solved by the fact that the receiver is equipped with a similar cylindrical ring located coaxially with the first one - which makes it possible to detect the acoustic signal along the third coordinate, i.e. obtain a three-dimensional picture of the received acoustic signal.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».A comparative analysis of the features of the claimed solution with the features of the prototype and analogues indicates that the claimed solution meets the “novelty” criterion.
Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач:The features of the distinctive part of the claims provide the solution to the following functional problems:
Признаки, указывающие что, имеются пары пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией, симметрично разнесенных друг против друга последовательно расположенных в изменяемом сегменте с раскрывом от 0° до 180° по сторонам цилиндрического кольца, снабженных электрическими контактами, образуя приемники градиента давления, и дополнительно содержащие электрический контакт для приемника давления. При этом каждая пара пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией имеет с соблюдением единого фазового центра на другой стороне цилиндрического кольца симметрично расположенную и последовательно подключенную пару пьезоэлектрических призм симметрично разнесенных друг против друга последовательно расположенных в изменяемом сегменте с раскрывом от 180° до 360° со встречной поляризацией. Таким образом, приемник может быть изготовлен, например, на базе пьезокерамического сегментированного кольца обычного типоразмера (https://www.elpapiezo.ru/plates.html) и включает как скалярные приемники (пьезокерамические призмы), так и набор приемников градиента давления представляющих собой пары пьезоэлектрических призм, со встречной поляризацией, которые разнесены друг от друга по сторонам цилиндрического кольца в сегменте от 0° до 180° и имеющих одинаковую направленность по оси максимальной чувствительности. Набор по количеству приемников градиента давления определяется возможностью формирования сегментированного кольца. При этом каждая пара пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией имеет на другой стороне цилиндрического кольца симметрично расположенную и последовательно подключенную пару пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией с соблюдением единого фазового центра. Таким образом, кольцо будет иметь единый фазовый центр как по скалярным, так и по векторным элементам. При этом оси максимальной чувствительности приемников градиента давления не будут сдвинуты друг относительно друга на определенные градусы в соответствии с геометрией призм. Кроме того, фактором эффективного использование чувствительных элементов по сравнению с прототипом, является то, что в цилиндрическом кольце роль конструктивных элементов имеют чувствительные элементы приемника, поскольку сегментированное цилиндрическое кольцо является самодостаточной жесткой конструкцией. Другим фактором эффективности применения цилиндрического кольца является его обтекаемая форма, по сравнению с прототипом, привносящая минимум акустических помех при приеме акустических сигналов.Signs indicating that there are pairs of piezoelectric prisms with counter polarization, symmetrically spaced opposite each other, sequentially located in a variable segment with an opening from 0° to 180° on the sides of the cylindrical ring, equipped with electrical contacts, forming pressure gradient receivers, and additionally containing an electrical contact for pressure receiver. In this case, each pair of piezoelectric prisms with counter-polarization has, in compliance with a single phase center on the other side of the cylindrical ring, a symmetrically located and series-connected pair of piezoelectric prisms symmetrically spaced opposite each other, sequentially located in a variable segment with an opening from 180° to 360° with counter-polarization. Thus, the receiver can be made, for example, on the basis of a piezoceramic segmented ring of a standard size (https://www.elpapiezo.ru/plates.html) and includes both scalar receivers (piezoceramic prisms) and a set of pressure gradient receivers representing pairs of piezoelectric prisms with counter polarization, which are spaced apart from each other on the sides of the cylindrical ring in the segment from 0° to 180° and have the same orientation along the axis of maximum sensitivity. The selection of the number of pressure gradient receivers is determined by the possibility of forming a segmented ring. In this case, each pair of piezoelectric prisms with counter-polarization has on the other side of the cylindrical ring a symmetrically located and series-connected pair of piezoelectric prisms with counter-polarization, maintaining a single phase center. Thus, the ring will have a single phase center in both scalar and vector elements. In this case, the axes of maximum sensitivity of the pressure gradient receivers will not be shifted relative to each other by certain degrees in accordance with the geometry of the prisms. In addition, a factor in the effective use of sensitive elements in comparison with the prototype is that in the cylindrical ring the role of structural elements is played by the sensitive elements of the receiver, since the segmented cylindrical ring is a self-sufficient rigid structure. Another factor in the effectiveness of using a cylindrical ring is its streamlined shape, compared to the prototype, which introduces a minimum of acoustic interference when receiving acoustic signals.
Признаки, указывающие что, имеется дополнительное второе аналогичное цилиндрическое кольцо соосное первому, с функцией обеспечения дополнительной трехкоординатной компоненты измерения градиента давления ортогональной другим компонентам измерения градиента давления - что дает возможность детектировать акустический сигнал по третьей координате, т.е. получить объемную картину принимаемого акустического сигнала. Таким образом, предлагается простое решение, когда без принципиального изменения конструкции добавляется аналогичный конструктив, обеспечивающий работу по третьей координате векторно-скалярного приемника.Signs indicating that there is an additional second similar cylindrical ring coaxial to the first, with the function of providing an additional three-coordinate component of the pressure gradient measurement orthogonal to the other components of the pressure gradient measurement - which makes it possible to detect the acoustic signal along the third coordinate, i.e. obtain a three-dimensional picture of the received acoustic signal. Thus, a simple solution is proposed when, without a fundamental change in the design, a similar structure is added that ensures operation along the third coordinate of the vector-scalar receiver.
На Фиг. 1 представлена схема цилиндрического кольца, где 1 и 2; 3 и 4; 5 и 6; 7 и 8; 9 и 10 - пары пьезоэлектрических призм, находящихся в противоположных сторонах цилиндрического кольца с образованием единого фазового центра. При этом каждая пара пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией имеет (кроме 1 и 2) на другой стороне цилиндрического кольца симметрично расположенную и последовательно подключенную пару пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией с образованием единого фазового центра и соответственно для пьезоэлектрических призм 3, 4 будут призмы 7, 8, для пьезоэлектрических призм 5, 6 будут пьезоэлектрические призмы 9, 10.In FIG. Figure 1 shows a diagram of a cylindrical ring, where 1 and 2; 3 and 4; 5 and 6; 7 and 8; 9 and 10 - pairs of piezoelectric prisms located in opposite sides of the cylindrical ring with the formation of a single phase center. In this case, each pair of piezoelectric prisms with counter-polarization has (except for 1 and 2) on the other side of the cylindrical ring a symmetrically located and series-connected pair of piezoelectric prisms with counter-polarization to form a single phase center and, accordingly, for piezoelectric prisms 3, 4 there will be prisms 7, 8 , for piezoelectric prisms 5, 6 there will be piezoelectric prisms 9, 10.
На Фиг. 2 схематически изображено цилиндрическое кольцо в торцевой проекции с парой пьезоэлектрических призм 1, 2 со встречной поляризацией, находящихся в противоположных сторонах цилиндрического кольца с образованием единого фазового центра, с любой парой пьезоэлектрических призм, например, 3, 4 со встречной поляризацией, соответственно находящихся в сегменте X3-4 цилиндрического кольца на противоположных сторонах сегмента, вплоть до пары пьезоэлектрических призм 5, 6 со встречной поляризацией, соприкасающихся боковыми поверхностями пьезоэлектрических призм и находящихся в сегменте X5-6 цилиндрического кольца. При этом, каждая пара пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией имеет (кроме 1 и 2) на другой стороне цилиндрического кольца симметрично расположенную пару пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией с образованием единого фазового центра и соответственно для пьезоэлектрических призм 3, 4 будут призмы 7, 8 в сегменте Z78, для пьезоэлектрических призм 5, 6 будут пьезоэлектрические призмы 9, 10 в сегменте Z 9-10.In FIG. 2 schematically shows a cylindrical ring in an end projection with a pair of piezoelectric prisms 1, 2 with counter polarization, located in opposite sides of the cylindrical ring with the formation of a single phase center, with any pair of piezoelectric prisms, for example, 3, 4 with counter polarization, respectively located in the segment X 3-4 cylindrical rings on opposite sides of the segment, up to a pair of piezoelectric prisms 5, 6 with counter polarization, touching the side surfaces of the piezoelectric prisms and located in the X 5-6 cylindrical ring segment. In this case, each pair of piezoelectric prisms with counter polarization has (except for 1 and 2) on the other side of the cylindrical ring a symmetrically located pair of piezoelectric prisms with counter polarization to form a single phase center and, accordingly, for piezoelectric prisms 3, 4 there will be prisms 7, 8 in the segment Z 78 , for piezoelectric prisms 5, 6 there will be piezoelectric prisms 9, 10 in the segment Z 9-10 .
На Фиг. 3 изображены два соосных цилиндрических кольца с набором пьезоэлектрических призм для обеспечения третьей компоненты ортогональной другим компонентам измерения градиента давления пьезоэлектрические преобразователи градиента давления.In FIG. Figure 3 shows two coaxial cylindrical rings with a set of piezoelectric prisms to provide a third component orthogonal to the other components of the pressure gradient measurement piezoelectric pressure gradient transducers.
На Фиг. 4 изображен пример итоговой характеристики направленности 11 только за счет учета обработки кардиоидных характеристик, а также итоговой характеристики направленности 12 дополнительно за счет учета волновых размеров кольца (волновых размеров каждой пары пьезоэлектрических призм).In FIG. Figure 4 shows an example of the final directivity characteristic 11 only due to taking into account the processing of cardioid characteristics, as well as the final directivity characteristic 12 additionally due to taking into account the wave sizes of the ring (the wave sizes of each pair of piezoelectric prisms).
Векторно-скалярный многокомпонентный приемник работает следующим образом: порядок обработки сигналов можно представить относительно Фиг. 1 следующим образом: когда из набора суммарных сигналов (пьезоэлектрических призм 1, 2) получающихся при вычитании от сигнала от приемника давления суммарного сигнала скалярного приемника давления с кардиоидной характеристикой направленности, а также что пары пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией, разнесены друг от друга по сторонам цилиндрического кольца в сегменте Х0 в диапазоне от 0° до 180° (аналогичных в наборе, таких как: X34, … X56). При этом каждая пара пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией имеет на другой стороне цилиндрического кольца симметрично-расположенную и последовательно подключенную пару пьезоэлектрических призм со встречной поляризацией Z0 в диапазоне от 180° до 360° (аналогичных в наборе, таких как: Z78, … Z9-10) с образованием единого фазового центра образуемой с каждого компонента множества преобразователя с последующей передачей на линии задержки относительно сигнала с других пар преобразователей имеемых на другой стороне цилиндрического кольца с получением итоговой характеристики направленности каждого преобразователя и выведением сигнала от скалярных приемников давления 9 и 10. Получение характеристики направленности определено в своем сегмента. Такая же схема обработки для любой другой из множества парой (называемой для примера N-я пара комбинированных приемников) пьезоэлектрических призм 1, 2 склеенных смежными плоскостями со встречной поляризацией. Поскольку таких пар призм определено как набор, но в конкретных случаях количество призм определено конкретной геометрией трапециевидного сечения призмы и предельное количество призм соответствует геометрии кольца, так в некоторых кольцах количество пар призм может соответствовать 32 парам (в примере, когда диаметр кольца составляет 230 мм, а количество призм в кольце 64 штуки). Таким образом мы получаем однонаправленную в одной плоскости систему детектирования приходящего сигнала и исходную базу для точного определения направления приходящего сигнала. При этом классические условия определения градиента давления требуют, чтобы Δх/λ<0,4 (где Δх - расстояние между осями приемника градиента давления из пьезокерамических призм, λ - длина падающей волны) (см. стр.56, С.К. Скребнев «Комбинированные гидроакустические приемники», С.-Петербург, «Элмор»). Соответственно, любые каждые две пары приемников градиента давления в этом кольце имеют единый фазовый центр. При этом либо призмы имеющие вывод суммарного сигнала с отдельных обкладок пар пьезокерамических призм как от скалярных приемников давления, либо любые две призмы расположенные симметрично относительно фазового центра соединенные как от скалярных приемников давления, играют роль скалярного приемника давления. Далее приведение к общей направленности всего множества пер комбинированных приемников за счет относительно избранной пары 1-2 с последующим суммированием или мультиобработкой 12. Далее сканирование всего комплекта пар комбинированных приемников во всем диапазоне за счет через изменение выбора избранной пары пьезоэлектрических призм и сочетание привязанных к ней пар других пьезоэлектрических призм относительно расположения на угле раскрыва.A vector-scalar multi-component receiver operates as follows: the order of signal processing can be represented with respect to FIG. 1 as follows: when from the set of total signals (piezoelectric prisms 1, 2) obtained by subtracting from the signal from the pressure receiver the total signal of a scalar pressure receiver with a cardioid directivity characteristic, and also that pairs of piezoelectric prisms with counter polarization are spaced apart from each other on the sides cylindrical ring in segment X 0 in the range from 0° to 180° (similar in the set, such as: X 34 , ... X 56 ). In this case, each pair of piezoelectric prisms with counter-polarization has on the other side of the cylindrical ring a symmetrically located and series-connected pair of piezoelectric prisms with counter-polarization Z 0 in the range from 180° to 360° (similar in the set, such as: Z 78 , ... Z 9-10 ) with the formation of a single phase center formed from each component of the transducer set with subsequent transmission on the delay line relative to the signal from other pairs of transducers located on the other side of the cylindrical ring with obtaining the final directivity characteristic of each transducer and outputting the signal from scalar pressure receivers 9 and 10 .Obtaining the directional characteristics is defined in its segment. The same processing scheme for any other of the many pairs (called for example the N-th pair of combined receivers) of piezoelectric prisms 1, 2 glued together by adjacent planes with counter-polarization. Since such pairs of prisms are defined as a set, but in specific cases the number of prisms is determined by the specific geometry of the trapezoidal section of the prism and the maximum number of prisms corresponds to the geometry of the ring, so in some rings the number of pairs of prisms can correspond to 32 pairs (in the example, when the diameter of the ring is 230 mm, and the number of prisms in the ring is 64 pieces). Thus, we obtain a unidirectional in one plane detection system for the incoming signal and a source base for accurately determining the direction of the incoming signal. In this case, the classical conditions for determining the pressure gradient require that Δx/λ<0.4 (where Δx is the distance between the axes of the pressure gradient receiver made of piezoceramic prisms, λ is the length of the incident wave) (see p. 56, S.K. Skrebnev “ Combined hydroacoustic receivers", St. Petersburg, "Elmore"). Accordingly, every two pairs of pressure gradient receivers in this ring have a single phase center. In this case, either prisms having the output of the total signal from individual plates of pairs of piezoceramic prisms as from scalar pressure receivers, or any two prisms located symmetrically relative to the phase center connected as from scalar pressure receivers, play the role of a scalar pressure receiver. Next, bringing to the general direction of the entire set of combined receivers due to a relatively selected pair 1-2 with subsequent summation or multi-processing 12. Next, scanning the entire set of pairs of combined receivers in the entire range due to changing the choice of a selected pair of piezoelectric prisms and the combination of pairs attached to it other piezoelectric prisms relative to their location at the opening angle.
По Фиг. 3 можно понять, что имеется дополнительное второе аналогичное цилиндрическое кольцо соосное первому, с функцией обеспечения дополнительной объемной компоненты измерения градиента давления ортогональной другим компонентам измерения градиента давления и без принципиального изменения конструкции добавляется аналогичный конструктив, обеспечивающий работу по третьей ортогональной компоненте комбинированного приемника.According to Fig. 3, it can be understood that there is an additional second similar cylindrical ring coaxial to the first, with the function of providing an additional volumetric component for measuring the pressure gradient orthogonal to the other components for measuring the pressure gradient, and without fundamentally changing the design, a similar design is added to ensure operation of the third orthogonal component of the combined receiver.
Таким образом, реализуется схема обработки сигнала, основанная на преимуществах заявляемого комбинированного приемника, а именно: 1. Сигналы с каждого компонента набора преобразователя приемника градиента давления, имеющего дипольную характеристики направленности и скалярного приемника преобразуется множество суммарных сигналов. Таким образом, остается «неподвижная» характеристика направленности обнаружения сигнала в пределах сегмента каждого приемника градиента давления. Приведенный пример позволяет через мультипликативную обработку сигналов достичь раствора вращаемой характеристики направленности единого векторно-скалярного приемника в ~20° (в примере, когда диаметр кольца составляет 230 мм, а количество призм в кольце 64 штуки) при минимуме боковых лепестков и высокой приемной чувствительности итогового мультипликативно обработанного сигнала 12 Фиг. 4. В этом случае мы имеем центральную избранную пару приемников градиента давления расположенных на оси максимальной чувствительности и 11 пар пьезоэлектрических призм расположенных равномерно по одну сторону кольца относительно оси максимальной чувствительности и 11 пар пьезоэлектрических призм расположенных равномерно по другую сторону кольца относительно оси максимальной чувствительности. При этом также в пределах этого же конструктива возможно достичь классическим способом дополнительного сужения итогового раствора характеристики направленности в ~14° (на частоте 6 кГц) за счет волнового размера пары приемников градиента давления при уровне боковых лепестков ~0,03, при сложении с основным сигналом 13 Фиг. 4. Данный пример можно представить в виде следующей функциональной формулы для расчета характеристики направленности при условии электрической и акустической идентичности каналов:Thus, a signal processing scheme is implemented, based on the advantages of the proposed combined receiver, namely: 1. Signals from each component of the pressure gradient receiver transducer set, which has a dipole directivity characteristic and a scalar receiver, are converted into a set of total signals. This leaves a “fixed” signal detection directional characteristic within each pressure gradient receiver segment. The given example makes it possible, through multiplicative signal processing, to achieve a rotational directional characteristic of a single vector-scalar receiver of ~20° (in the example when the ring diameter is 230 mm and the number of prisms in the ring is 64) with a minimum of side lobes and high receiving sensitivity of the resulting multiplicative processed signal 12 Fig. 4. In this case, we have a central selected pair of pressure gradient receivers located on the axis of maximum sensitivity and 11 pairs of piezoelectric prisms located evenly on one side of the ring relative to the axis of maximum sensitivity and 11 pairs of piezoelectric prisms located evenly on the other side of the ring relative to the axis of maximum sensitivity. Moreover, also within the same design, it is possible to achieve, in a classical way, an additional narrowing of the final solution, a directional characteristic of ~14° (at a frequency of 6 kHz) due to the wave size of a pair of pressure gradient receivers at a side lobe level of ~0.03, when added to the main signal 13 Fig. 4. This example can be presented in the form of the following functional formula for calculating the directivity characteristics, provided that the channels are electrically and acoustically identical:
где:Where:
• α - угол в характеристике направленности• α - angle in the directivity characteristic
• α0 - угол максимальной чувствительности характеристики направленности в избранном приемнике градиента давления• α 0 - angle of maximum sensitivity of the directional characteristic in the selected pressure gradient receiver
• k - волновое число• k - wave number
• dm - расстояние между двумя парами противолежащих пьезоэлектрических призм• d m - distance between two pairs of opposing piezoelectric prisms
• i - номер из набора суммарных сигналов (приемников градиента давления и приемников давления) от 1 до N.• i - number from a set of summary signals (pressure gradient receivers and pressure receivers) from 1 to N.
В этом случае можно получить дополнительные преимущества в получении оптимальной характеристики направленности.In this case, additional benefits can be obtained in obtaining optimal directivity characteristics.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2802838C1 true RU2802838C1 (en) | 2023-09-04 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1732500A1 (en) * | 1990-04-04 | 1992-05-07 | Акустический институт им.акад.Н.Н.Андреева | Receiver of gradient of acoustic pressure |
| RU32348U1 (en) * | 2002-09-11 | 2003-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АСКПро" | Combined Acoustic Receiver |
| RU2403684C1 (en) * | 2009-10-23 | 2010-11-10 | Александр Евгеньевич Светославский | Combined acoustic receiver |
| CN102071927B (en) * | 2011-01-27 | 2013-04-03 | 西北工业大学 | Piezoelectric ceramic electro-acoustic transducer with cylindrical ring structure |
| RU2509320C1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Digital composite vector receiver with synthesised channels |
| RU190346U1 (en) * | 2018-10-23 | 2019-06-28 | Галина Михайловна Волк | Combined digital acoustic receiver |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1732500A1 (en) * | 1990-04-04 | 1992-05-07 | Акустический институт им.акад.Н.Н.Андреева | Receiver of gradient of acoustic pressure |
| RU32348U1 (en) * | 2002-09-11 | 2003-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "АСКПро" | Combined Acoustic Receiver |
| RU2403684C1 (en) * | 2009-10-23 | 2010-11-10 | Александр Евгеньевич Светославский | Combined acoustic receiver |
| CN102071927B (en) * | 2011-01-27 | 2013-04-03 | 西北工业大学 | Piezoelectric ceramic electro-acoustic transducer with cylindrical ring structure |
| RU2509320C1 (en) * | 2012-11-16 | 2014-03-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Digital composite vector receiver with synthesised channels |
| RU190346U1 (en) * | 2018-10-23 | 2019-06-28 | Галина Михайловна Волк | Combined digital acoustic receiver |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7847925B2 (en) | System and method of acoustic doppler beamforming | |
| Bush et al. | Broadband implementation of coprime linear microphone arrays for direction of arrival estimation | |
| RU2802838C1 (en) | Vector-scalar multicomponent receiver | |
| US5027333A (en) | Acoustic locator for elements of a flexible sonar array | |
| Brown et al. | Cylindrical transducer for producing an acoustic spiral wave for underwater navigation (L) | |
| RU2803016C1 (en) | Method for forming a unidirectional characteristic of a vector-scalar multicomponent receiver | |
| RU2816668C1 (en) | Method of generating a directional characteristic of a vector-scalar multicomponent receiver | |
| RU2803017C1 (en) | Method for forming a unidirectional characteristic of a vector multicomponent receiver | |
| JP2007127561A (en) | Ultrasonic transducer | |
| WO2019165132A1 (en) | Multi frequency piston transducer | |
| JP5991505B2 (en) | Transmitter / receiver and three-dimensional measuring apparatus using the same | |
| CA2268415A1 (en) | Single element ultrasonic collimating transducers and a method and apparatus utilizing ultrasonic transducers in 3d tomography | |
| US11408962B2 (en) | Small spatial sound source orientation detecting device and method thereof | |
| RU2179730C1 (en) | Direction finder of sonar navigation system with ultrashort base | |
| RU2689998C1 (en) | Multifrequency sonar side viewer | |
| Sarangapani | Multi-frequency phased array transducer for ADCP applications | |
| RU2403684C1 (en) | Combined acoustic receiver | |
| US11630205B2 (en) | Acoustic dual-frequency phased array with common beam angles | |
| RU2515133C1 (en) | Spherical hydroacoustic antenna | |
| Gur et al. | A comparative analysis of triplet and vector sensor arrays | |
| JP2022166745A (en) | ultrasonic sensor | |
| Tu et al. | Fabrication and Performance Analysis of Single Crystal Vector Hydrophones With Laminated Beam Structure | |
| He et al. | Performance analysis of superdirective beamforming of circular hydrophone array | |
| Ivancic et al. | MEMS Underwater Acoustic Vector Sensor Operating in Near Neutral Buoyancy Configuration | |
| JPH0643748Y2 (en) | Fish finder for fish length discrimination |