автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.06, диссертация на тему:Исследование и внедрение гармоник исходных сигналов параметрических антенн при наличии границ и объектов в области нелинейного взаимодействия

таганрогский государственный > радиотехнический универсиил

ИССЛЕДОВАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ ГАРМОНИК ИСХОДНЫХ СИГНАЛОВ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АНТЕНН

ПРИ НАЛИЧИИ ГРАНИЦ И ОБЪЕКТОВ В ОБЛАСТИ НЕЛИНЕЙНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

Специальность 05.11.06 "Акустические приборы и

системы"

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

на правах рукописи

СТАРЧЕНКО Ирина Борисовна

автореферат

Таганрог 1996

Работа выполнена в Таганрогском государственном радиотехническом университете

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор, академик АЕН РФ

В.И.ТИМОЩЕНКО (ТРТУ, г.Таганрог)

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

Л.К.ЗАРЕМБО (МП', г.Москва)

кандидат технических наук, доктор физико-математических наук,

профессор

В.П.РЬЩОВ (ТРТУ, г.Таганрог)

Ведущая организация - НИИ "Бриз", г. Таганрог

Защита состоится" ¿0 " Ш&ЦЧ_1996 г. в ю .часов

на заседании диссертационного совета К063.13.03. Таганрогского Государственного радиотехнического университета. Адрес : 347928, Таганрог Ростовской области, ГСП- 17а, пер.Некрасовский, 44. -

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан" ^ " /Усг^ 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета к.т.н., доцент ПЕТРОСЯН А.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы

Решение актуальных задач исследования Мирового океана и освоения его богатств требует непрерывного совершенствования гидроакустических средств, поиска новых методов их построения. Перспективно развитие и совершенствование нового класса гидроакустических приборов, использующих параметрические антенны. Принцип действия параметрических антенн основан на использовании накапливающегося эффекта нелинейного взаимодействия акустических волн в среде распространения, позволяющего реализовать достаточно эффективные излучающие антенны. К достоинствам параметрических антенн относят : бестелесность антенны, активным элементом которой является участок водной среды, возможность получения узкой характеристики направленности при низком уровне боковых лепестков, малые габариты преобразователя накачки, широкий диапазон излучаемых частот при постоянной направленности.

При традиционно используемом режиме работы в качестве полезного сигнала параметрической антенны рассматриваегся волна разностной частоты, являющаяся низкочастотным сигналом вследствие близости исходных частот накачки. Однако в среде при работе параметрической антенны возникает, благодаря нелинейности самой среды распространения акустических волн, целый спектр волн с различными частотами, кратными основным. Все волны, формируемые в среде, кроме волны разностной - частоты, являются высокочастотными и быстро затухают. Поэтому применение высокочастотных компонент не получило широкого развития. Вследствие этого теоретические и лабораторные исследования различных условий работы параметрической антенны в режиме высших гармоник практически не проводились. Известные работы по созданию приборов с использованием высших гармоник параметрической антенны описаны в обзоре литературных источников. Из спектра высокочастотных составляющих параметрической антенны наибольший интерес для практического использования представляет вторая гармоника исходного сигнала накачки как наиболее энергетически выгодная. Рассмотрение второй гармоники в спектре сигналов, излучаемых параметрической антенной, а также при различных условиях работы антенны : отражения сигнала от плоскости, ограничения области нелинейного взаимодействия, наличия объектов ( диск, сфера ) в области нелинейного взаимодействия первичных волн практически не проводилось ранее.

Предлагаемый для исследования режим работы параметрической антенны на гармониках исходных сигналов накачки является перспективным и расширяет области применения параметрических

антенн без введения дополнительных устройств. Такие антенны могут быть использованы в гидроакустических приборах для поиска, обнаружения и классификации рыб, для целей георазведки, для картографирования дна, для поиска объектов под слоем донных отложений и в других областях использования, где требуется высокая разрешающая способность и дополнительная частотная информация.

Цель работы

Целью диссертационной работы является исследование гармоник исходных сигналов параметрических антенн (второй и т.д.) с учетом влияния плоских отражающих границ, ограничения области нелинейного взаимодействия в ближней зоне антенны, помещения объектов в область нелинейного взаимодействия, внедрение и использование режима гармоник исходных сигналов параметрических антенн в гидроакустическом комплексе "Сарган", а именно в компьютерный тренажер.

Для реализации поставленной цели ставятся следующие задачи диссертационной работы:

!) провести исследование генерации вторых гармоник параметрической антенны в спектре излучаемых сигналов на основе решения уравнения ХЗК, создать аналитическую модель расчета характеристик параметрической антенны в этом режиме;

2) провести теоретическое исследование характеристик параметрической антенны в режиме второй гармоники при наличии границ раздела различных видов и форм в области взаимодействия первичных волн;

3} провести теоретическое исследование характеристик параметрической антенны при наличии объекта сферической формы в области взаимодействия первичных волн, создать модель расчета параметрического излучателя со сферическим преобразователем накачки;

4) ировесги экспериментальные исследования характеристик параметрической антенны в режиме второй гармоники при наличии отражающей плоскости в области нелинейного взаимодействия м параметрической ангенны со сферическим преобразователем накачки:

5) внедрить и использовать режим гармоник исходных сигналов параметрической антенны в гидроакустический тренажер навигационно-рыбопоискового комплекса "Сарган";

Новые научные результаты

- разработана расчетная модель параметрической антенны в режиме второй гармоники на основе решения уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова (ХЗК), рассчитаны характеристики параметрических антенн;

- разработана расчетная модель параметрической антенны в режиме второй гармоники прл помещении нормальной отражающей границы в область взаимодействия первичных волн, позволяющая оценить влияние границы раздела, диссипацию и дифракцию взаимодействующих волн;

- разработана расчетная модель параметрической антенны в режиме второй гармоники при ограничении области взаимодействуя первичных волн границами, различных форм, проведено исследование влияния формы границ на характеристику направленности параметрической антенны;

- разработана расчетная модель параметрической антенны в режиме второй гармоники при условии помещения объекта (диска, сферы) в область взаимодействия первичных волн, проанализированы характеристики антенн для различных объектов;

- экспериментально исследовано влияние отражающих границ на характеристики параметрической антенны, исследован параметрический излучатель со сферическим преобразователем накачки, как часть задачи об отражении сигналов параметрической антенны от сферы;

- внедрен и используется в компьютерном тренажере навигационно-рыбопоискового комплекса "Сарган" режим гармоник исходных сигналов параметрической антенны.

Практическая ценность

Исследуется возможность использования дополнительного режима параметрических антенн ( на высших, а именно, на второй гармонике ) для систем активной локации. Введение дополнительного режима, использующего уже существующее в среде излучение, позволит расширить область применения данных приборов, повысил ь точность исследований. Рассмотрение различных условий район.)

параметрических атенн вь;текает из областей их практического использования ( наличие различного рода границ и ограничений, наличие объектов в зоне формирования антенны).

Результаты диссертационной работы могут быть использованы при разработке параметрических излучающих антенн гидролокаторов различного назначения. Они позволяют провести оценку эффективности работы параметрической антенны в режиме второй гармоники, произвести учет влияния отражающих границ, расположенных в зоне взаимодействия исходных волн, учет влияния о .¡шченин области нелинейного взаимодействия границами различных форм, учет влияния на характеристики антенны объектов, помещенных в зону взаимодействия волк накачки. На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны методики расчета характеристик параметрических антенн в режиме вторых гармоник, сделаны рекомендации по учету влияния различных режимов работы на выходные параметры антенн. Ра:четные результаты по предложенным моделям используются в компьютерном тренажере гидроакустического ; 'мплекса "Сарган", они позволили расширить область его возможного использования, более эффективно решать поставленные задачи.

внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы нашли применение в виде внедрения результатов исследований параметрической антенны в режиме гармоник исходных сигналов накачки в компьютерный тренажер гидроакустического комплекса "Сарган". Справка о внедрении результатов работы представлена в диссертации.

Апробация работы

Основные результаты работы обсуждались на :

- научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТРТУ, Таганрог, 1986-1995 гг.; .

- Всероссийской научно-технической конференции студентов и аспирантов "Новые информационные технологии, информационное, программное и аппаратное обеспечение", Таганрог, ТРТУ, 1995;

-Всероссийской научно-технической конференции "Медицинские информационные системы", Таганрог, ТРТУ, 1995;

-международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды", Томск, 1995

-Всероссийской конференции с международным участием "Радиотехнические цепи и сигналы", Таганрог, ТРТУ, 1994.

Содержание диссертационной работы докладывалось н обсуждалось на заседаниях кафедры :

-элекгрогидроакустической и медицинской техники ТРТУ, Таганрог, 1996.

Публикации

По материалам, диссертации опубликовано 7 печатных работ.

Объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти разделов основного текста, заключения, списка литературы, включающего 64 наименования, и двух приложений. В приложения вошли справка о внедрении результатов исследований в разработки новой аппаратуры на заводе "Прибой" и акт о внедрении результатов в компьютерный тренажер гидроакустической станции "Сарган". Содержание диссертационной работы изложено на 150 страницах, включая 95 страниц машинописного текста и 66 иллюстраций.

В диссертации защищаются

- расчетные модели характеристик параметрических антенн в режиме гармоник исходных сигналов накачки, с учетом отражающих и ограничивающих границ, а также объектов различной формы ( диск, сфера ), расположенных в области нелинейного взаимодействия первичных волн;

результаты экспериментальных исследований основных характеристик параметрических антенн в режиме второй гармоники с учетом влияния отражающих границ, а также параметрического излучателя со сферическим преобразователем накачки, как-промежуточного этапа в исследовании отражения от сферы сигналов параметрических антенн;

- методы практического использования режима высших гармоник в компьютерном тренажере гидроакустического комплекса "Сарган".

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулирована цель диссертационной работы, дана ее краткая аннотация.

В первой главе содержится обзор литературы по вопросу использования высших гармоник из спектра излучения параметрической антенны.

Рассмотрена теория распространения гармонического сигнала конечной амплитуды в среде с нелинейностью. Рассмотрены причины и дано физическое объяснение появления в среде гармоник исходного сигнала на основе уравнения Ыоргерса. Искажение профиля волны в процессе распространения ведет к трансформации исходного спектра. Так как суммарная энергия всех гармоник в процессе распространения сохраняется, то в области образования разрывов нелинейность приводит к перекачке энергии из основной гармоники волны в ее высокочастотные составляющие. Приведены кривые, иллюстрирующие поведение отдельных составляющих спектра. Также рассмотрен процесс распространения сферических волн конечной амплитуды, выявлены различия, обусловленные расхождением сферической волны. Анализ проводится также на основе уравнения Бюргерса, но для сферических координат. Рассмотрены пределы применимости решения.

Рассмотрено взаимодействие акустических волн в средах с нелинейностью, которое происходит в силу нарушения принципа суперпозиции. В нелинейной среде гармонические составляющие могут взаимодействовать друг с другом, порождая новые компоненты спектра. Анализ проводится в рамках второго приближения для решения уравнения Бюргерса при условии двухчастотного возбуждения. В решении будут присутствовать исходные волны накачки, волны разностной и суммарной частот, а также вторые гармоники волн накачки. Характер поведения всех генерируемых гармоник одинаков. Сначала они возрастают, достигая максимума, а затем монотонно затухают. Скорость затухания прямо пропорционально связана с частотой гармоники. На основе этого был создан класс гидроакустических приборов, использующий нелинейное взаимодействие волн- и низкочастотную компоненту спектра, называемую разностной частотой. Другие компоненты спектра практически не использовались. Разработана теория параметрических излучателей и приемников звука, в основу которой положено решение уравнения Хохлова-Заболотской- Кузнецова (ХЗК).

Рассмотрены вопросы - практического . .применения

параметрических антенн в режиме высших гармоник в

гидроакустических приборах. Отмечено, что одним их перспективных

направлений проектирования и модернизации гидроакустических

систем активной локации' является использование„ высших

ч

кфмоннческих компонент излучаемого локационного сигналу конечной амн.нНул! I. формирующихся при см» распространении н среде. Использование параметрических локнюров на гармониках

может найти свое применение в гидполокаторах ближнего действия с высокой разрешающей способностью на небольших глубинах, например, в мелком море, для дистанционного прецезионного зондирования донных осадков, для задач классификации лоцируемых объектов по ряду признаков. Предлагаемый режим второй гармоники является дополнительным, расширяющие возможности существующих локаторов, он может быть введен на базе <:_• •чествующей аппаратуры, путем использования дополнительных блоков для регистрации в приемном гракте.

Во второй главе рассмотрены вопросы генерации второй гармоники параметрической антенной.

Рассмотоена общая схема расчета параметрической антенны в режиме второй гармоники на основе решения уравнения ХЗК. Решение уравнения проводится по традиционной схеме методом последовательных приближений, сохраняя при этом только Фурье-компокенту на второй гармонике волны накачки. Во втором приближении получаем уравнение относительно комплексной амплитуды уровня звукового давления второй гармоники волны накачки. В уравнении присутствует эффективный коэффициент затухания по второй гармонике.

+« Р -Л-л Р -ге2с°> Л2 & 2ис 2с?}р0

Далее уравнение решается с использованием преобразований Ханкеля и решение получается в интегральном виде. Совершая обратное преобразование Ханкеля, получается тройной интеграл, описывающий решение для звукового давления второй гармоники волны накачки для произвольных распределений амплитуд по преобразователю накачки. Для гауссова распределения амплитуды исходных волн на излучателе интеграл упрощается, интегрирование остается только по координате распространения г:

2соРо о

1

' 2 г-г'

х с.хр

Ико?[1 - ~ 2') + 8(г - г')

йг\ (2)

Рассчитаны характеристики параметрической антенны в режиме второй гармоники. Для осевого распределения амплитуда второй гармони/и значительно превышает амплитуду полны разностной частом»! в отнанси книг, , (ала- сиаданис \ролия н/орой шрмонньп происходит значшельно быстрее, чем по р.пшк нюй частоте. Ширина

диаграммы направленности по второй гармонике в 1.41 раз уже ширины диаграммы направленности по разностной частоте.

В третьей главе рассмотрены характеристики параметрической антс ш в режиме второй гармоники при наличии границы раздела в области взаимодействия первичных волн.

Проведено рассмотрение нормального падения второй гармоники параметрической антенны на свободную границу на основе решения уравнения ХЗК для второй гармоники, полученного в главе 2. За основу модели взяго известное решение для нормального падения волны разностной частоты на границу раздела: 'л .

Рн--У где

Л

(3)

1 1 / 'о

Ф2а(г,г,г') =---^ахД

, .г-г' , 4г г

у~,2Г+ПГ+7

¿Ь Ч'о Ь /

Проведен расчет осевых характеристик параметрической антенны при нормальном падении звукового поля на акустически мягкую и акустически жесткую границы. Следует отметить, что осевое распределение уровня звукового давления второй гармоники при отражении от акустически мягкой границы сначала резко спадает, затем растет, достигая некоторого максимума, и далее плавно спадает, благодаря затуханию в среде. Минимум обусловлен противоположными знаками отраженнрй и вновь образованной волн. Расстояние расположения минимума увеличивается с отдалением границы раздела от исходного преобразователя. Амплитуда максимумов также уменьшается с отдалением границы . При расположении границы в дальней зоне минимум в осевой характеристике пропадает. Для акустически жесткой границы раздела осевые характеристики'не отличаются от случая безграничной среды.

Проведено аналитическое рассмртрение нормального падения второй гармоники параметрической антенны на плоскую границу конечных размеров ( диск ). Диск размещается в облает взаимодействия первичных волн. Диск рассматривается как вторичный излучатель отраженных первичных волн накачки, учитывается дифракция волн на диске. Получено аналитическое выражение определяющее суммарную комплексную амплитуду отраженного сигнала второй гармрники от диска.

Проведен расчет осевых характеристик отраженного поля второй гармоники параметрической антенны для акустически мягкого и

акустичег ч жесткого дисков для различных волновых размеров диска и различных расстояний расположения границы. Расчетное выражение выглядит следующим образом

s _ а2гг2б)Р$

'2 со ~ ~

24ро

-^—--77 J Q(r,y№+ Vfi2 exp

1+

(%Г

¡Q(r,y)dy

(4)

С отдалением диска от источника первичных волн уровень отраженного поля уменьшается и расстояние расположения минимумов смещается в сторону увеличения и пропадает для случая расположения диска в дальней зоне. С уменьшением волнового размера диска уровень суммарного отраженного поля также уменьшается.

Рассмотрены характеристики параметрической антенны в режиме второй гармоники при ограничении области нелинейного взаимодействия границами различных форм. Анализ проводится для диаграммы направленности параметрической антенны в дальней зоне излучателя, но при этом ограничение области нелинейного взаимодействия происходит в ближней зоне антенны. Общее выражение соответствующих полей параметрической антенны во втором приближении при интегрировании по объему вторичных источников получаем в следующем виде

р(x,y,z,t) = Acos(a f- рх' + yy')dV,

ro V

(5)

где D = —

2+

В/

8лр0С0

Граничную плоскость при этом считаем акустическим фильтром, не пропускающим волны накачки. Рассмотрены 4 вида ограничивающих плоскостей : нормальная плоская граница, каклонная плоская граница, нормальная волнистая граница и наклонная волнистая граница. Рассчитаны соответствующие диаграммы направленности по выражениям

г

Рг

(6)

Для наклонной границы наблюдается асимметрия диаграммы направленности, для волнисгых границ - изрезанность ^лаграммы, особенно проявляющая себя при совпадении высоты неровности с длиной волны исследуемого звукового поля, связанная с фазовыми соотношениями.

Проведены экспериментальные исследования параметрической антенны в режиме второй гармоники в заглушённом гидроакустическом бассейне кафедры электрогидроакустической и медицинской техники ТРТУ. Исследовано осевое и поперечное распределения второй гармоники в отсутствие отражающей границы. Распределения имеют традиционный вид в пределах расстояний, позволяемых условиями измерений. Представлены результаты экспериментальных исследований поперечных распределений при отражении второй гармоники параметрической антенны от нормальной и наклонной плоской акустически жесткой границы. Проведено сравнение с поведением волны накачки. Результаты исследований подтверждают выводы, сделанные при аналитическом рассмотрении отражения второй гармоники и ограничения области 0 взаимодействия. В случае наклонной границы наблюдается асимметрия поперечного распределения, связанная с неодинаковой длиной области нелинейного взаимодействия по обе стороны от акустической оси.

В четвертой главе рассматриваются характеристики параметрической антенны при наличии объекта в области взаимодействия первичных волн.

Рассмотрена постановка задачи об исследовании характеристик параметрической антенны при наличии в области взаимодействия первичных волн объекта сферической формы. Акустическое поле, сформированного при отражении сигнала параметрической антенны от объекта, будет складываться из отраженного от сферы ранее сформированного сигнала ( разностной частоты или второй гармоники)

я

(г,к, l

ре® __t'sSbo_ [ф

~ I—71—77J J 2

Jl +

(z-Hf

bu

0

\ lD (8)

и вновь образующегося в результате взаимодействия после отражения от сферы исходных волн накачки.

„„„„_ ( rs )о 1.0 2 Г , 2 а>

" . 1П_\ 'Ф. (9)

V

р ,,<>«_ ( ' " )о\,и. С т

1 а ^з j'«i

1 +

I -

1о - (Ю)

При этом сфера считается вторичным источником параметрического излучения отраженных волн накачки. Учет волновых размеров сферы производится с помощью частотно-зависимого коэффициента рассеяния.

Суммарное поле определяется в соответствии со следующими выражениями

Р— — Ротр (П) + Рнов (со,, со2, П);

Р:«пР2:^(2®) + Р2,Г (со„ а2, 2а ). (11)

Проведено аналитическое рассмотрение задачи об излучении сферическим источником частот накачки на основе уравнения ХЗК, записанного в сферических координатах.

) 2 г2

Уравнение решается методом последовательных приближений, с выделением требуемой частоты из спектра излучения парамегрической антенны. Отличие от ранее рассмотренной задачи в главе 2 состоит в использовании метода разделения переменных на радиальную и угловую составляющие.

Л,(:,0,<р)=Я(:)Г(0.<р) (13)

При этом, учитывая круговую симметрию, угловую составляющую из рассмотрения исключаем и считаем, что акустическое поле сферически-симметрично. Получено аналитическое выражение для расчета вторичного поля парамегрической антенны п виде суммы интегралов, причем индекс суммирования определяет иамер моды изучения сферой.

'¡Qr

aji-x+l-(1~q(q+ 1) П x3

d\Y.

}(xjx-exp

ч

Для нулевой и первой мод выражение можно упростить. Проведены расчеты для сфер различных диаметров в диапазоне час гот. Введено понятие квази длины дифракции для сферического излучателя, имеющее смысл эквивалентной плотности акустической энергии при излучении в телесном угле 4 л на единицу площади. Уровни звуковых давлений значительно меньше ( на два порядка ), чем для плоских излучателей. Убывание уровня звукового давления происходит по закону /г практически с расстояния длины дифракции вследствие сферической расходимости. Проведенное сравнение о тональным сферическим источником для оценки эффективности параметрического . взаимодействия. показало, что уровни давлений при гармоническом возбуждении значительно выше.

На основе предложенной модели решена задача описания поля параметрической антенны, отраженного от объекта сферической формы. Суммарное поле определяется двумя компонентами : полем отраженной составляющей и полем вновь образованной отраженными волнами накачки составляющей. Получено общее выражение для анализа поля, отраженного от сферу, и проведен численный расчет. При вариации параметрами ( частотой накачки, разностной частотой, диаметром сферы, расстоянием излучатель-сфера ) уровень отраженного сигнала всегда больше уровня вновь образованной волны на 0.5 -1 порядок.

Проведены экспериментальные исследования сферического параметрического излучателя. Исследованы осевые и амплитудно-частотные характеристики. Их форма и ход зависимостей подтверждают наличие параметрического излучения, измеренные уровни давлений оказались малыми, как было предсказано в расчетах. Эффективность излучения составила 0.1 % , что говорит об ограниченном применении подобного рода излучателей.

В пятой главе рассмотрены вопросы внедрения и использования режима гармоник исходных сигналов накачки параметрической антенны в компьютерном тренажере навигационно -рыбопоискового комплекса "Сарган". Рассмотрена функциональная схема и основные режимы работы станции, описана возможность введения в комплекс параметрического тракта излучения на основе явления самодетектирования акустического импульса в среде распространения. Описан компьютерный тренажер, созданный для имитации в реальном масштабе времени на экране дисплея IBM -совместимого компьютера гидроакустической информации, отображаемой на электронном индикаторе и самописце станции "Сарган". Производится учет промысловой обстановки, параметров

движения судна и положений органов управления гидролокатором. Рассмотрена математическая модель, положенная в основу компьютерного тренажера. Рассмотрены отдельные составляющие компонент принимаемого сигнала, которые определяются для гидролокатора и эхолота, соответственно, по следующим выражениям

+1рпс + $ .

Pi ~ V^P, + f + ^ + ^ + ^рб, + ^Ш/; + , (16)

где Рор, • уровень звукового давления объемной реверберации;

^ря <;■ -уровень звукового давления реверберации от приповерхнось'хго слоя;

Р^ш - уровень звукового давления эхо-сигнала от рыбного косяка; р

' 4 - уровень звукового давления эхо-сигнала от морского дна; Р

^Р' - уровень звукового давления донной реверберации;

^Ф6j - уровень звукового давления донной реверберации, принимаемый по боковому лепестку характеристики направленности антенны;

Pjiр6j - уровень звукового давления реверберации от поверхности моря, принимаемый по боковому лепестку характеристики

направленности антенны; р

' ии1 - уровень звукового давления псевдоакустического сигнала, эквивалентного электрическому сигналу, возникающему на входе предварительных усилителей при излучении зондирующего импульса; Р

шс{ - уровень звукового давления акустических шумов судна.

Давление эхо-сигнала от рыбного косяка определяется выражением

р2 _ Р\а Р Л7 . ¿2

' R? 4л- р ' - О7)

где Цт - амплитуда акустического давления на оси антенны в режиме излучения, приведенная к расстоянию 1 м, Па м;

эквивалентная площадь рассеяния одиночной рыбы, м" ;

^'р - количество рыб, находящихся одновременно в импз'льсном объеме К.

Текущий импульсный объем Ц представляет собой участок среды, из которого в текущий момент времени на антенну поступают одновременно эхо-сигналы от распределенных в нем рыб. Форма импульсного объема должна определяться путем решения геометрической задачи пересечения двух объемных тел - объемной характеристики направленности антенны и геометрического тела, описывающего форму косяка. Из полученного геометрического тела должен выбираться сегмент с протяженностью в направлении зондирования равной с г 12

Величина Р\т представляет собой уровень звукового давления, приведенный к 1 м, создаваемый параметрической антенной, работающей в вышеописанных режимах: самодетектирования и гармоник исходных сигналов, в данном случае второй гармоники. Значения уровней звуковых давлений получены путем численного расчета интегралов, определяющих осевые характеристики параметрических антенн.

Давление эхо-сигнала от морского дна определяется выражением 2

р2 _ Л».. г-2 . ~Фг . -гюЦа/ф) ,

д< 7, 4 оп7р уаг> • (18)

Выбор значений производится аналогично.

Проведен расчет уровней звуковых давлений, приведенных к одному метру, и диаграмм направленности для режимов само детектирования и второй гармоники. Полученные данные занесены в массив, который определяет показания регистрирующих приборов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты выполненных исследований можно сформулировать следующим образом:

проведено исследование гармоник исходных сигналов параметрической антенны , в частности второй гармоники. Представлены расчетные модели, созданные на базе соответствующих решений уравнения ХЗК. Выполнены эксперименты, подтверждающие теоретические результаты;

- проведено исследование характеристик параметрической антенны при наличии различного рода границ раздела области вэ&иыодейсгеия первичных волн : нормальной свободной границы, плоской границы конечных размеров, для случая 01 раничения области

нелинейного взаимодействия первичных волн в ближней зоне излучателя границами различных форм. Представлены расчетные модели, проведен расчет осевых характеристик и диаграмм направленности. Выполнены эксперименты, подтверждающие теоретические результаты и выводы;

- проведено исследование характеристик параметрической антенны при наличии объекта сферической формы в области взаимодействия первичных волн. Создана расчетная модель для сферического излучателя первичных волн на базе решения уравнения ХЗК в сферических координатах. Представлены расчетные 1фивые для уровней звуковых давлений разностной частоты и второй гармоники. Выполнены экспериментальные исследования параметрического излучателя со сферическим преобразователем накачки, подтверждающие теоретические результаты;

- осуществлено внедрение режима высших гармоник в компьютерный гидроакустический тренажер навигационно-рыбопоискового комплекса "Сарган".

Результаты, полученные в диссертации, используются для создания параметрических гидроакустических систем различного назначения.

В заключении автор выражает благодарность научному руководителю за постоянный интерес и помощь в работе.

Публикации по теме диссертационной работы .

1. Н.П.Заграй , И.Б.Старченко, Н.А.Харин. Влияние области взаимодействия на характеристику направленности параметрической антенны.//В , ТРТИ, вып. XI, 1985, с.27-32.

2. И.Б.Аббасов, И.А.Кириченко, И.Б.Старченко. Влияние реальных условий работы в Мировом океане на характеристики параметрических антенн.//Труды ТРТУ, "Сборник трудов молодых ученых", Таганрог, 1995, с.5-8.

3. И.А.Кириченко, И.Б.Старченко, Г.А.Михайлов. Пакет программ по расчету характеристик параметрической антенны при условии ограничения области нелинейного взаимодгйствия.//Материалы Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Новые информационные технологии, информационное, программное и аппаратное обеспечение", Таганрог, ТРТУ, 1995, с.171-172.

4. Г.А.Михайлов, И.А.Кириченко, И.Б.Старченко. Расчетная модель работы параметрической антенны в режиме второй гармоники. .//Материалы Всероссийской научной конференции студентов и аспирантов "Новые

информационные технологии, информационное, программное и аппаратное обеспечение", Таганрог, ТРТУ, 1995, с.165-166.

5. И.А.Кириченко, И.Б.Старченко. Особенности применения параметрических излуча гелей в эхоскопии внутренних органов человека.//Материалы Всероссийской научно-технической конференции "Медицинские информационные системы", Таганрог, ТРТУ, 1995, вып.5 (XII), с.3-7.

6. Kirichenko I.A., Starchenko I.B. Application of higher harmonics of parametric array for precision ecological control of water medium II International Conference POOS-95, September 12-16, 1995. Tomsk. P. 39.

7. Старченко И.Б., Тимошенко В.И. К расчету поля второй гармоники частоты накачки параметрической антенны.// Материалы ХХХХ НТК, Известия ТРТУ, Таганрог, 1995, № 1, с. 134.

В работах, написанных в соавторстве, личный вклад автора состоит в следующем: в работах /I, 2, 7/ автором теоретически описано поле второй гармоники параметрической антенны., предложены математические модели описания различных форм границ области нелинейного взаимодействия; в работах /3, 4/ .составлен пакет расчетных программ для параметрической антенны в режиме вторых гармоник; в работе 15/ - проведены модельные расчеты характеристик параметрических антенн; в работе /6/ - выполнены эксперименты.