Устройство и классификация гидроакустических антенн. Обработка сигналов гидроакустическими антеннами
Гидроакустическая антенна – это устройство, которое обеспечивает пространственно-избирательный прием или излучение в водной среде.
Типовая гидроакустическая антенна состоит из:
- Электроакустических преобразователей.
- Акустического экрана.
- Линий электрокоммуникаций.
- Несущей конструкции.
Гидроакустические антенны могут классифицироваться по следующим признакам:
- Способ создания пространственной избирательности. Согласно данному признаку гидроакустические антенны делятся на рупорные, параметрические, фокусирующие и интерференционные антенны.
- Конструктивные особенности. Согласно данному признаку гидроакустические антенны делятся на антенны с общим контуром герметизации для всех преобразователей и антенны с раздельной герметизацией каждого преобразователя. Антенны с общей герметизацией также делятся на антенны компенсированной и силовой конструкции.
- Тип конструкции. Согласно данному признаку гидроакустические антенны делятся на антенны с собственной несущей конструкцией, а также антенны устанавливаемые поблочно или поэлементно на носитель.
- Место установки. Согласно данному признаку гидроакустические антенны делятся на корабельные, донные, береговые, антенны вертолетных станций, а также антенны гидроакустических и радиогидроакустических буев.
- Способ обработки сигналов. Согласно данному признаку гидроакустические антенны делятся на мультипликативные, аддитивные, самофиксирующиеся, антенны с синтезированной апертурой и адаптивные.
В аддитивных антеннах сигналы до сумматора некоторых элементов подвергаются только линейным операция (фильтрация, изменение фазы, амплитуды и т.п.). Напряжение на выходе сумматора в данных антеннах детектируется и поступает индикатор или исполнительное устройство. В мультипликативных антеннах осуществляются линейные и нелинейные операции (умножение и т.п.). В таких антеннах может быть более одного сумматора, а напряжения с их выходов могут перемножаться. В отдельных каналах самофиксирующихся антенн имеются устройства изменения временных задержек, что позволяет осуществлять автоматическую настройку.
В состав адаптивных антенн входит автоматическое устройство, которое способно менять коэффициенты усиления каналов по времени задержки и амплитуде сигналов и обеспечивать максимизацию установленного параметра. гидроакустические антенны с синтезированной апертурой способны перемещаться на некоторое расстояние, а обработка сигналов осуществляется таким образом, как будто существует антенна габариты которой определяются всеми возможными положениями в пространстве реальной антенны за время наблюдения. Больше всего разработан синтез гидроакустических антенн по заданной направленности, а также антенн, которые обеспечивают экстремум некоторого интегрального параметра, например, помехоустойчивости.
Интерференционные, параметрические и фокусирующие гидроакустические антенны
Интерференционная гидроакустическая антенна – это антенна, поле излучения которой формируется в результате интерференции акустических колебаний, вызванных в точке наблюдения различными участками колеблющейся активной поверхности антенны.
Интерференционные гидроакустические антенны делятся на дискретные и непрерывные. В непрерывных антеннах нормальная составляющая скорости колебания активной поверхности изменяется непрерывно от точки к точке. Дискретные антенны состоят из отдельных преобразователей. Даже если преобразователи находятся практически вплотную к друг другу, нормальная составляющая скорости колебания на активной поверхности данного вида антенн претерпевает разрывы. Непрерывную антенну можно изготовить из дискретных преобразователей, но только в том случае, если излучающие поверхности соприкасаются с водой, например, через металлическую накладку. Параметры дискретных интерференционных гидроакустических антенн при относительно небольших расстояниях между центрами могут быть рассчитаны по формулам для непрерывных антенн. Дискретные и непрерывные антенны делят по геометрическим фигурам, образующим активные элементы, линейные (дуга, отрезок и т.п.), объемные и поверхностные (сфера, цилиндр и т.п.).
В фокусирующих гидроакустических антеннах пространственная избирательность образуется при помощи преломляющих или отражающих сред либо границ, которые деформируют фронт волны. Данные антенны могут быть линзовыми или зеркальными. Направленность параметрической антенны создается интерференцией колебаний разностной частоты, которая возникает в результате нелинейного взаимодействия акустических волн близких частот в воде.
