Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературных источников 10
2 Разработка способа определения направления на источник сигнала с использованием многомерных спектральных функций 24
2.1 Исследование модели пространственно-временного акустического поля 24
2.2 Применение биспектральной обработки для определения направления волнового вектора 27
2.3 Погрешность определения направления волнового вектора на основе биспектрального анализа 30
2.4 Разработка алгоритма обработки для определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа 42
2.5 Выводы по главе 2 49
3 Исследование области практического применения способа определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа 50
3.1 Влияние направления прихода сигнала на угловую ширину пространственного спектра 50
3.2 Влияние геометрии приемной антенной системы на угловую ширину пространственного спектра 57
3.3 Влияние помех на угловую ширину пространственного спектра 69
3.4 Применение пространственного спектра при обнаружении сигналов с искаженным профилем и сложных сигналов 73
3.5 Применение пространственного спектра при определении направления на источник сигнала в зоне Френеля 77
3.6 Влияние эффекта Доплера на угловую ширину пространственного спектра 80
3.7 Выводы по главе 3 84
4 Разработка способа определения модового состава акустических волн в мелком море 85
4.1 Исследование распределения акустического поля в волноводе 85
4.2 Применение способа определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа для определения модового состава акустических волн в волноводе 91
4.3 Разработка методики определения модового состава волн в гидроакустических волноводах 105
4.4 Выводы по главе 4 107
5 Экспериментальное исследование модового состава акустического поля в мелком море 108
5.1 Оборудование и методика проведения экспериментальных исследований 108
5.2 Обработка экспериментальных данных при помощи биспектрального анализа 119
5.3 Выводы по главе 5 125
Заключение 126
Список литературных источников .
- Применение биспектральной обработки для определения направления волнового вектора
- Влияние геометрии приемной антенной системы на угловую ширину пространственного спектра
- Применение способа определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа для определения модового состава акустических волн в волноводе
- Обработка экспериментальных данных при помощи биспектрального анализа
Введение к работе
Актуальность темы. Мировой океан с каждым годом представляет все больший интерес для человека. Поверхность океана составляет более 70% поверхности нашей планеты. Наше время, период интенсивного освоения и сохранения богатств Мирового океана.
Основными техническими средствами, которые обеспечивают получение наиболее полной и всесторонней информации о водных массах морей и океанов, являются гидроакустические системы и различные приборы, основанные на акустических принципах.
Важными направлениями развития современной гидроакустической техники являются усовершенствование старых и разработка новых способов определения направления распространения гидроакустических сигналов. Это необходимо при решении задач обнаружения и определения местоположения объектов, находящихся в толще воды и на дне, зондирования, эхолотирования, профилирования, навигации, а также при решении гидроакустических задач в мелком море.
В большинстве гидроакустических локационных систем для определения направления прихода сигнала используются методы, требующие настройки на цель по амплитудным или фазовым характеристикам принятого сигнала. При этом вне зависимости от принципа определения пеленга на цель в том или ином методе, в их основе лежит раздельные пространственная и временная обработка сигналов. Тогда как использование пространственно-временной обработки принимаемых сигналов может дать лучший результат. При этом дополнительным классификационным признаком может служить направление волнового вектора принимаемого сигнала.
Новые способы должны отвечать требованиям простоты аппаратной и математической реализации излучения и приема сигналов, а также обработки данных. Первое необходимо для того, чтобы была возможность внедрения новых методик на базе уже существующих приборов. Второе условие должно выполняться для обеспечения непрерывности сканирования водного пространства и предоставления результатов в реальном времени.
Учитывая актуальность данного направления, автором была поставлена задача исследовать перспективные методы пеленгования и разработать способ определения направления на источник сигнала на основе анализа пространственно-временного поля. Поставленная цель достигается при помощи теоретических исследований, математического моделирования и апробации на экспериментальных данных.
Цели настоящей работы состоят в следующем:
-
Теоретически исследовать пространственно-временную картину акустического поля с учетом шумовой обстановки в океане.
-
Разработать способ определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа пространственно-временного акустического поля.
-
Разработать способ анализа модового состава акустического поля в мелком море на основе биспектрального анализа.
Научная новизна работы состоит в следующем:
1. Установлена связь между положением главного максимума пространственного спектра и направлением волнового вектора акустического поля при помощи биспектрального анализа пространственно-временного акустического поля.
2. Разработан способ определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа пространственного акустического поля.
3. Разработан способ различения отдельных мод колебаний в гидроакустических волноводах.
Практическая значимость работы:
1. Разработан алгоритм определения направления распространения акустических волн при отношениях сигнал/помеха близких к 1 в случае одновременного пеленгования нескольких целей, при использовании как непрерывных, так и импульсных широкополосных и узкополосных сигналов.
2. Разработана методика определения модового состава акустического поля в волноводе.
Основные положения и результаты, выносимые на защиту:
-
Установленная зависимость между положением максимумов пространственного спектра и направлением волнового вектора пространственно-временного акустического поля.
-
Способ определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа пространственного акустического поля.
-
Методика различения нормальных волн в гидроакустических волноводах.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на:
- научной конференции «Экология 2009 – Море и человек», Таганрог, 2009;
- международной научно-практической интернет-конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований», Одесса, 2011;
- IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодежь и современные информационные технологии», Томск, 2011;
- VII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Таганрог, 2011;
- LVIII научно-технической конференции ППС ТТИ ЮФУ, Таганрог, 2012;
- VIII Ежегодной научной конференции студентов и аспирантов базовых кафедр Южного научного центра РАН, Таганрог, 2012;
- международной научно-практической интернет-конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте», Одесса, 2012;
- научной конференции «Сессия Научного совета РАН по акустике и XXV сессия Российского акустического общества», Таганрог, 2012;
- XI Всероссийской научной конференции молодых ученых, студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», Таганрог, 2012;
- научной конференции «Экология 2013 – Море и человек», Таганрог, 2013.
Публикации. За время работы на диссертацией опубликовано 13 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Материалы, опубликованные в диссертации, используются при проведении НИР №13631 от 22.06.2011 «Поисковые исследования, разработка методов и средств обнаружения, связи и навигации малоразмерными автономными подводными аппаратами для мониторинга морских объектов и освещения подводной обстановки» шифр «Император-ЮФУ» в Санкт-Петербургском филиале Учреждения Российской академии наук института океанологии им. П.П. Ширшова РАН.
Объем и структура диссертации. Работа изложена на 142 страницах, иллюстрирована 71 рисунком и содержит 4 таблицы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения. Список цитируемой литературы содержит 98 наименований.
Применение биспектральной обработки для определения направления волнового вектора
Гидроакустические системы являются наиболее распространенным средством для решения задач исследования океана. С помощью гидроакустических систем решаются задачи поиска объектов в толще воды и на дне, прокладка морских трасс, восстановление профиля дна океана, измерение скорости движения как носителя, так и искомых объектов, контроль состояния гидротехнических сооружений др.[1]
Гидроакустические волны - единственный вид энергонесущих колебаний, способных распространяться в воде на большие расстояния. При этом они могут достаточно эффективно отражаться от неоднородностей (естественных и искусственных) в толще воды и границ раздела морской среды: «вода—дно», «вода—поверхность», «вода—лед». Этот физический феномен лежит в основе принципа действия различных гидроакустических систем, получивших широкое использование на флоте: на подводных лодках, надводных кораблях, глубоководных аппаратах, а также в стационарных (береговых) системах. Эти средства позволяют решать задачи обнаружения, классификации, определения координат и параметров движения морских целей, слежения за ними. Гидроакустические средства обеспечивают также звукоподводную связь между кораблями, их взаимное опознавание, обнаружение гидроакустических сигналов. Гидроакустические навигационные системы (абсолютные доплеровские лаги и системы позиционирования с донными маяками-ответчиками) обеспечивают точную навигацию подводных лодок в подводном положении и использование ракетного оружия без всплытия на поверхность. Поисково обследовательские гидролокаторы бокового и кругового обзора обеспечивают подводным лодкам возможность безопасного плавания в Арктическом бассейне, включая всплытие в разводьях среди ледового покрова. Важная роль принадлежит гидроакустическим системам при обнаружении затонувших объектов и проведении спасательных операций.
Большое значение для безопасности плавания кораблей сохраняет эхолот — старейшее гидроакустическое средство [2, 3]. Одной из задач, решаемых любым гидроакустическим средством вне зависимости от назначения, является определение направлений прихода отраженных от искомых объектов и дна океана сигналов и времени их распространения. В большинстве гидроакустических локационных систем для определения направления прихода сигнала используются следующие методы: амплитудный, фазовый, доплеровский [4], интеситометрический [5], корреляционный [6] и их разновидности. Амплитудный (максимальный) метод, в котором пеленгование происходит по максимуму или по минимуму характеристики направленности, наиболее прост в реализации, но имеет низкую точность; фазовый, в котором измеряется разность фаз между принятыми на два разнесенных в пространстве приемника сигналами, наиболее точен, но имеет низкую помехоустойчивость и сложен в реализации. Доплеровский метод применяется в радиолокации во вращающихся антеннах. Пеленг на цель определяется по модуляции сигнала, вызванной движением антенны относительно цели [7]. В интенситометрическом методе пеленгования, как и в фазовом методе, применяются два разнесенных в пространстве приемника. Пеленг определяется по соотношению интенсивностей принятых на них сигналов. Корреляционный метод, в котором определяется временной сдвиг между принятыми на два разнесенных в пространстве приемника сигналами по максимуму взаимной корреляционной функции [8], является наиболее гибким, поскольку позволяет использовать широкополосные сигналы, проводить одновременную пеленгацию нескольких целей, использовать сложные антенные решетки [9-11]. Корреляционный метод обработки сигналов также применяется для определения времени прихода отраженного от цели сигнала, наиболее распространена такая его разновидность как согласованная фильтрация [12]. Методы фазовой и корреляционной интерферометрии и псевдодоплеровский метод имеют существенный недостаток, заключающийся в появлении больших ошибок пеленгов при наличии интерференции и многолучевого распространения.
Для оценивания различных параметров сигнала часто применяют методы спектрального анализа. Оценивание спектральной плотности мощности дискретизированных и детерминированных случайных процессов обычно выполняется с помощью процедур, использующих быстрое преобразование Фурье.
В настоящее время в радиолокации получают распространение методы сверхразрешения [13], или «сверхрэлеевского» разрешения, являющиеся «современной» разновидностью метода спектрального оценивания. При классических методах спектрального анализа разрешающую способность традиционно ограничивают величиной, обратной интервалу наблюдения. Определенные проблемы вызывает также эффект маскирования спектральных линий слабых сигналов боковыми лепестками спектральных линий более сильных сигналов. Благодаря применению альтернативных методов спектрального оценивания, получивших название «современные» методы спектрального оценивания, в определенных условиях удается преодолеть свойственные классическим методам недостатки и, прежде всего, получить по сравнительно «короткой» последовательности данных достаточно высокую разрешающую способность [14]. Суть этих методов связана с широким использованием модельных представлений об анализируемых процессах, учитывающих свойственные им внутренние связи, которыми пренебрегали в классическом спектральном анализе. Рассмотрим некоторые из методов сверхразрешения подробнее.
Влияние геометрии приемной антенной системы на угловую ширину пространственного спектра
Рисунки 2.7, 2.8 и 2.9 также как и рисунки 2.4, 2.5 и 2.6 демонстрируют уменьшение ширины главного максимума пространственного спектра при увеличении числа приемников. Теоретически можно достичь сколь угодно большой точности пеленгования путем использования данного метода, но увеличение числа приемников антенны неизбежно ведет за собой увеличение массогабаритных характеристик, стоимости и сложности изготовления и эксплуатации. Поэтому для определения необходимого числа приемников в приемной антенной системе необходимо отталкиваться от решения конкретной практической задачи.
В качестве критерия оценки точности определения направления волнового вектора предлагается использовать эффективную ширину углового сечения пространственного спектра, которая рассчитывается по формуле [83]:
Необходимо также учитывать влияние расстояния между приемниками на угловое разрешение. На рисунке 2.11, 2.12 приведены несколько трехмерных изображений, проекций пространственных спектров для расстояний между приемниками составляющих 0.05, 0.125 (рисунок 2.11) 0.25 и 0.5 (рисунок 2.12) длин волн при фиксированном количестве приемников в антенной решетке. На рисунке 2.13 приведены их угловые сечения. G(kx,kv)
Рисунок 2.13 показывает, что при уменьшении расстояния между приемниками уменьшается и расстояние между расположением главного максимума пространственного спектра и началом координат. Это влечет за собой увеличение ширины углового сечения пространственного спектра, что в свою очередь снижает точность определения направления волнового вектора с использованием данного подхода. На рисунке 2.14 приведена зависимость ширины углового сечения пространственного спектра от расстояния между приемниками, демонстрирующая данное утверждение. , град 10 0 0.1 0.2 0.3 0.4 d/
Зависимость ширины углового сечения пространственного спектра от расстояния между приемниками
Следует отметить, что дальнейшее увеличение расстояния между приемниками невозможно, поскольку вызовет выход главного максимума за пределы пространственной картины и, как следствие, появление ошибки наложения спектров. Поэтому оптимальным в данном случае является расстояние между приемниками, составляющие половину длины волны.
Разработка алгоритма обработки для определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа Вышеописанный способ определения направления на источник сигнала с использованием двумерной корреляционной функции и пространственного спектра мощности предполагает использование двух взаимноперпендикулярных эквидистантных приемных антенных систем (рисунок 2.1). Количество приемников в каждой системе может быть как одинаковой, так и различаться, в зависимости от области применения и предполагаемой точности определения напрвления. Расстояние между приемниками обуславливается частотой принимаемых сигналов. Как было показано в разделе 2.3, наилучшее угловое разрешение достигается при расстоянии между приемниками, равным половине длины волны на низшей частоте принимаемых сигналов. Поскольку это соответствует стандартно применяющемуся расстоянию между приемниками в гидроакустических антеннах, для реализации можно использовать уже существующие гидроакустические антенны.
Далее, снимаем отдельно сигналы с каждого приемника в определенные моменты времени, получаем 2 серии пространственных распределений поля – с одной и с другой антенной системы. Для этого и необходимо снимать сигналы с приемников раздельно. По факту, каждый из элементов антенны представляет собой точечный приемник, не зависящий от соседних. Данные пространственные картины поля уже являются дискретными вследствие использования дискретной антенны. Также приемная антенная система снимает и временные реализации принятых сигналов, которые для дальнейшей обработки целесообразно перевести в дискретную форму.
В качестве примера проведем для иллюстрации работы метода математическое моделирование для случая приема непрерывного в пределах апертуры антенны сигнала на фоне аддитивной помехи, имеющей нормальный закон распределения, при отношении сигнал/шум, равном 1.
Полученные пространственные картины поля уже несут в себе информацию о пространственных частотах принимаемого сигнала, и из них путем вычисления двумерной корреляционной функции и пространственного спектра можно получить величину проекции волнового вектора на соответствующую ось. Однако такой подход, во-первых, не даст наглядной картины, во-вторых, затруднит расчет направления прихода сигнала в случае приема нескольких сигналов, в случае же приема широкополосных сигналов, таких как ЛЧМ-импульс, внесет серьезные погрешности в итоговый результат. Поэтому необходимо объединить эти две серии реализаций в одну пространственную картину поля.
Для объединения двух пространственно-временных реализаций в одну воспользуемся взаимной двумерной корреляционной функцией [36, 57]: L-1 L-1 (2.11) R(x,y) = YZSx(m,n)-Sy(m-x,n-y), m=0 n=0 где Sx(m,n), Sy(m,n) - полученные с приемников двумерные матрицы реализаций, п, т - номер приемного элемента в антенных решетках, L -количество приемников.
На рисунке 2.16 приведена рассчитанная по выражению (2.11) трехмерная корреляционная функция. Поскольку коррелируемые сигналы представляют собой непрерывные монохроматические последовательности с разными частотами, то и корреляционная функция не имеет максимума.
Рассчитанный по выражению (2.12) пространственный спектр (а), его проекция (б) и угловое сечение (в) На графическом представлении полученного пространственного спектра (рисунок 2.17) уже видны пики, соответствующие различным принимаемым сигналам. Чтобы извлечь эту информацию, необходимо определить координаты максимумов пространственного спектра G(kx,ky) одним из алгоритмов поиска максимального значения. Определив координаты максимума биспектра можно вычислить направление волнового вектора в плоскости антенны. Для определения направления волнового вектора в вертикальной плоскости z (при горизонтальном расположении двух приемных антенных систем, как показано на рисунке 2.1), необходимо рассчитать величину проекции kz, используя выражение kz = J к2 -к2х-к2у .
Полученные величины пространственных проекций волнового вектора позволяют однозначно определить направления волнового вектора принимаемого сигнала в пространстве. На рисунке 2.18 приведен обобщенный алгоритм алгоритма обработки для определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа.
Применение способа определения направления на источник сигнала на основе биспектрального анализа для определения модового состава акустических волн в волноводе
Вышеприведенный метод ранее рассматривался для случая плоских волн, т.е. дальнего поля. Но реально распространяющиеся волны имеют сферический фронт. При этом считается, что в дальнем поле антенны распространяющаяся волна имеет квазиплоский фронт, то есть его кривизна значительно превышает апертуру антенны. Предлагаемый алгоритм позволяет решать локационные задачи и в ближнем поле. Это объясняется тем, что в данном подходе к определению направления на источник сигнала не используется характеристика направленности приемной антенны, поскольку сигналы от отдельных точечных приемников не суммируются, а обрабатываются раздельно для вычисления пространственных проекций принимаемого сигнала (или сигналов) на соответствующие оси координат. Это позволяет производить при помощи биспектральной обработки сигналов пеленгование целей, находящихся в ближнем поле антенны. На рисунке 3.25 приведены рассчитанные пространственные спектры для различных расстояний до отражающей поверхности, нормированных на длину ближней зоны антенны.
Видно, что при нахождении источника в непосредственной близости от антенны на пространственном спектре появляется полный набор направлений излучения, что дает возможность не только определить направление на источник сигнала, но и оценить расстояние до отражающей поверхности. Угловая ширина пространственного спектра изменяется в зависимости от расстояния до отражающей поверхности. На рисунке 3.26 приведено угловое сечение пространственного спектра мощности при расстоянии до отражающей поверхности равной 0,05 длины ближней зоны.
Угловое сечение пространственного спектра при расстоянии до отражающей поверхности равной 0,05 длины ближней зоны
Рассчитав эффективную ширину приведенного на рисунок 3.26 сечения пространственного спектра по формуле (2.10) и вычислив направление на излучатель по максимальному значению пространственного спектра можно определить расстояние до отражающей поверхности.
Точность определения расстояния зависит от апертуры применяемой антенной системы. При увеличении апертуры антенны за счет увеличения количества элементов в антенне при сохранении неизменным расстояния между ними возрастает точность вычисленного пространственного спектра и, как следствие, уменьшается ошибка в определении ширины его углового сечения. Но увеличение количества приемников усложняет приемную антенную систему. Поэтому для повышения точности определения направления без усложнения антенной системы можно применить антенну с синтезированной апертурой [93, 94]. Поскольку предлагаемый подход подразумевает обработку сигналов в определенный момент времени, то накопление информации о распределении поля в пространстве можно проводить во времени, не меняя положение антенны в пространстве.
Минимальное и максимальное расстояния, которое можно вычислить по данному методу, определяются апертурой приемной антенной системы. При нахождении источника в пределах апертуры ширина сечения пространственного спектра будет составлять 90. Это маловероятно, поскольку означает, что корпус судна или антенны, в зависимости от исполнения, находится вплотную к дну. Максимальное расстояние определяется по минимально возможной эффективной ширине сечения пространственного спектра, которая соответствует дальнему полю приемной антенной системы.
Еще одним важным преимуществом предлагаемого алгоритма является его инвариантность к эффекту Доплера, в отличие от наиболее точных частотного и фазового методов пеленгования. Причина независимости от смещения частоты принимаемого сигнала, вызванного эффектом Доплера, заключается в том, что при смещении частоты расположение главного максимума пространственного спектра смещается вдоль направления прихода сигнала на частотной плоскости. При этом соотношение между величинами kX и ky остается неизменным. На рисунке 3.27 приведены трехмерное изображение и проекция пространственного спектра для случая приема двух сигналов – со смещенной вследствие эффекта Доплера частотой и без него. Здесь дальний от начала координат максимум пространственного спектра соответствует сигналу со смещенной вследствие эффекта Доплера частотой.
Из рисунка 3.28 видно, что для данного случая расширение углового сечения пространственного спектра незначительно, что говорит о малом влиянии на точность определения направления волнового вектора. Следует отметить, что для моделирования графиков на рисунках 3.27 и рисунка 3.28 задавалась скорость взаимного перемещения приемника и цели равная 100 узлов, что нечасто встречается в реально решаемых гидроакустическими средствами прикладных задачах. При этом относительное изменение эффективной ширины пространственного спектра составило всего 9 %.На рисунке 3.29 приведена зависимость относительного изменения ширины главного максимума пространственного спектра от взаимной скорости перемещения источника и приемника звука. д о п ,. град. , град.
Из рисунка 3.29 видно, что характер данной зависимости повторяет зависимость ширины углового сечения пространственного спектра от расстояния между приемниками (рисунок 2.10). Это неудивительно, поскольку изменение частоты, вызванное эффектом Доплера, ведет и к относительному изменению расстояния между приемниками.
Следует отметить, что при уменьшении частоты вследствие эффекта Доплера, то есть при сонаправленном движении излучателя и приемника, эффективность метода практически не меняется, однако при увеличении частоты может появиться ошибка пеленгования, вызванная наложением спектров [13, 36, 37]. Это может возникнуть при предельных углах прихода сигнала и большой относительной скорости движения приемника, передатчика и цели. Для устранения возможности данной ошибки необходимо уменьшить расстояние между приемниками, если предполагается наблюдение за быстродвижущимися объектами. Во всех остальных случаях влиянием эффекта Доплера ввиду его малости можно пренебречь. 3.7. Выводы по главе 3 1. При использовании двух взаимноперпендикулярных антенных решеток угловая ширина пространственного спектра мало зависит от направления прихода сигнала. 2. При распространении сигнала в плоскости антенны применение несимметричной антенной системы позволяет уменьшить массогабаритные размеры антенны без значительного увеличения погрешности определения направления. При распространении сигнала вне плоскости антенны необходима симетричная система приемников. 3. Предлагаемый алгоритм позволяет производить обнаружение сложных сигналов и сигналов с искаженным профилем и производить оценку степени искажения профиля волны. 4. Поскольку данный подход предполагает раздельную обработку сигнала с каждого приемника, он дает возможность производить пеленгование в ближнем поле и оценивать расстояние до источника по эффективной ширине сечения пространственного спектра. 5. Угловое разрешение при обработке данноым алгоритмом определения направления на источник сигнала мало зависит от влияния эффекта Доплера.
Обработка экспериментальных данных при помощи биспектрального анализа
Приведенная на рисунке 5.2 система работает следующим образом. В соответствии с выбранным режимом работы излучающего тракта для конкретной точки, с помощью ЭВМ-1 и управляющей программы ГСПф-53 генераторы 2, 4 формировали сигналы исходных частот накачки с заданным законом частотной модуляции и выбранной длительности. Синхронизация работы генераторов осуществлялась синхронизатором 3. Сформированные сигналы генераторами 2, 4 поступают на формирователь парафазных сигналов 6 и представляют собой пачки видеоимпульсов уровня TTL с частотами 150 кГц для 1 канала и 143-135 кГц - для 2-го канала. Длительность пачек видеоимпульсов составляет 2-4 мс
Период повторения составлял 300-600 мс и определялся внешним синхронизатором 3. Контроль парафазных сигналов на выходе формирователя 6 осуществлялся осциллографом 7. С выхода формирователя 6 сигналы накачки поступают на вход двух частотного блока усилителей мощности 5. Блок усилителя мощности состоит из шести идентичных по схематическому построению усилителей. Каждый частотный канал включает в себя по три усилителя.
С выходов блока усилителей мощности 5 сигналы подаются на соответствующие каналы антенны накачки 8. Антенна накачки излучающего тракта представляет собой многоэлементную решетку элипсной формы. Активная часть антенны выполнена изпьезокерамических элементов, которые излучают сигналы исходных частот накачки.
Сигналы разностной частоты F_ образованные в результате нелинейного взаимодействия сигналов накачки исходных частот/oi и /ш по мере распространения, принимаются элементами 9-16 приемной антенны. Принятые сигналы разностной частоты с каждого горизонта подаются на 8-и канальный предварительный усилитель 17, на входе которого установлены пассивные фильтры Батерворта нижних частот 5 порядка. Частота среза фильтров составляет 20 кГц.
С выходов предварительных усилителей сигналы подавались на широкополосный блок усилителей с ручной регулировкой усиления 21.
Контроль принятых сигналов с выхода одного из восьми каналов по выбору во время настройки и записи осуществлялся осциллографом 20. Запись принятых сигналов проводилась на жесткий диск ЭВМ 18 в формате dat, одновременно по 8-ми каналам приемного тракта, с помощью аналогово-цифрового преобразователя 22. Частота дискретизации АЦП при этом составляла 3,3 МГц на восемь каналов. Запись сигналов на ЭВМ 19 осуществлялась в таком же формате с использованием АЦП 23. Запись проводилась по четырем каналам параллельно с ЭВМ 18.
В ходе проведения измерений вертикального распределения давления антенна накачки подключалась к параметрическому излучающему тракту, приемная антенна - измерительные гидрофоны, собранные в цепочку (линейку) - к приемно-усилительному тракту. С выхода приемно-усилительного тракта сигнал подавался через аналого-цифровой преобразователь на ЭВМ и записывался на жесткий диск. Излучающая антенна и приемная базировались на различных носителях. Излучались две частоты накачки порядка 150 кГц. В результате в воде формировались сигналы разностной частоты 7,65; 10,03; 13,8; 20,17 кГц и длительностью 2, 4, 8, 16 мс. Синхронизация каналов приемной антенны производилась по сигналу первого (ближнего к поверхности) гидрофона. Для определения максимального значения звукового давления излучающей антенной производилось медленное сканирование сектора, в котором находилась приемная антенна. При этом производилась непрерывная запись принятых приемной антенной сигналов. Измерения производились при разных значениях угла наклона антенны. Угол наклона антенной системы изменялся в пределах +30. Синхронизация работ групп на обоих суднах осуществлялась по радиоканалу. Исследования проводились при изменении расстояния между излучателем и приемником (от 1 км до 5 км). Антенна накачки погружалась на глубину 1.5 м от поверхности и имела возможность поворота горизонтальной плоскости 180, и в горизонтальной плоскости +10-90. На выносной штанге измерительные гидрофоны располагались на расстоянии 0.5 м друг от друга. Заглубление первого гидрофона составляло 0.25 м, заглубление последнего гидрофона составляло 2.75 м, при глубине, в месте проведения измерений, 3 м. Волнение моря - 2 балла.
Измерения проводились при различных углах наклона антенны накачки относительно горизонта в. Принятые гидрофонами акустические сигналы регистрировались на ЭВМ. Запись осуществлялась последовательно коммутатором. Временные зависимости принятых на шесть каналов вертикальной приемной антенны сигналов волны разностной частоты с частотой 20 кГц и длительностью 1 мс представлены на рисунке 5.3 (угол наклона антенны накачки с горизонтом равен +50).
