Кириченко И.А. «Влияние выхода из строя элементов антенны накачки параметрического профилографа на коэффициент осевой концентрации» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 52-60 (2018)

Рассмотрена задача по оценке влияния выхода из строя элементов антенны накачки параметрического профилографа на коэффициент осевой концентрации. Известно, что гидроакустические методы исследования морского дна в условиях прибрежного океана представляют сложную задачу, для решения которой применяют различные подходы к построению систем, основанные на моно-, би- или мультистатической конфигурации гидролокатора, использовании многочастотных и широкополосных акустических систем. Перспективным инструментом для решения задач, связанных с исследованием донных структур прибрежного океана, являются параметрические гидроакустические профилографы, которые в диапазоне значений волны разностной частоты 1–10 кГц обладают преимуществом проникновения в донные структуры. Расширение функциональных возможностей параметрических профилографов возможно за счет использования синтезированных апертур гидроакустических антенн. Для параметрической гидроакустической системы со сканированием пространства наиболее перспективной является двумерная антенная решетка, которая излучает две акустические волны на частотах накачки. В результате нелинейного взаимодействия акустических волн с частотами накачки в водной среде формируется волна разностной частоты. В качестве модели антенны накачки параметрического профилографа рассмотрена синтезированная апертура, выполненная в виде двух вложенных решеток, состоящих из 256 ячеек с элементами, расположенными в шахматном порядке. В качестве оценки изменения направленных свойств антенны накачки используется и коэффициент осевой концентрации, характеризующий абсолютное значение интенсивности излучения. Рассмотрены случаи выхода из строя 8, 16, 32, 64 и 128 элементов антенны. Полученные для рассматриваемой модели антенны накачки параметрического профилографа зависимости коэффициента осевой концентрации от угла компенсации при сканировании в одной и двух плоскостях показали, что при уменьшении числа работающих элементов антенны уменьшается излучаемая мощность пропорционально числу вышедших из строя элементов, растет уровень боковых лепестков и искажается боковое поле, что приводит к уменьшению коэффициента осевой концентрации при увеличении числа вышедших из строя элементов антенной решетки.

Пивнев П.П. «Особенности применения широкополосных гидроакустических систем для мониторинга мелководных районов» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 42-51 (2018)

Одним из направлений океанических исследований является повышение эффективности средств освоения океана. Современные методы гидроакустики, могут быть более эффективными при построении аппаратуры на принципах использования сложных широкополосных сигналов. В статье приведен анализ принципов построения широкополосных гидроакустических систем мониторинга и поиска объектов в толще воды и дна. Перечислены основные виды широкополосных сигналов. Заострено внимание на излучающих широкополосных антеннах. В работе сделан акцент на рассмотрении двух ключевых групп гидроакустических локаторов: параметрических широкополосных гидролокаторах и широкополосных гидролокаторах бокового обзора (ШП ГБО). Представлены преимущества параметрических широкополосных гидролокаторов и перечислены наиболее перспективные параметрические широкополосные системы, такие как: малогабаритные параметрические профилографы, параметрические сейсмопрофилографы, параметрические гидролокаторы бокового обзора (многолучевые параметрические профилографы), параметрические гидролокаторы траверзного обзора. Приведены некоторые основные энергетические характеристики параметрических антенн. Представлен один из способов увеличения скорости обзора пространства – способ частотного окрашивания среды. Обсуждаются особенности мониторинга мелководных районов с учетом дисперсии широкополосных сигналов. Рассмотрен случай построения широкополосных гидроакустических антенн гидролокаторов бокового обзора, состоящих из разночастотных преобразователей, механически связанных по полю. Приведены диаграммы направленности макета антенны широкополосного гидролокатора бокового обзора на частотах 77; 100; 127 и 155 кГц. Представлены особенности построения карт глубин с применением интерферометрических гидролокаторов бокового обзора. Приведены перспективы создания единой системы (базы данных) экологического наблюдения, в которую будут вноситься данные от широкополосных обзорно-поисковых систем для дальнейшей обработки и анализа.

Волков М.В., Григорьев В.А., Луньков А.А., Петников В.Г. «О возможности применения вертикальных приемных антенн для звукоподводной связи на арктическом шельфе» Акустический журнал, 65, № 3, с. 332-342 (2019)

В рамках численного моделирования проанализированы возможности использования вертикальных приемных антенн, перегораживающих весь волновод, для звукоподводной связи на мелководном арктическом шельфе. Для передачи данных выбрана двоичная фазовая манипуляция с несущей частотой 750 Гц. Показано, что применение алгоритма селекции акустических сигналов, отвечающих первой волноводной моде, или алгоритма, основанного на обращении волнового фронта, позволяет избавиться от межсимвольной интерференции. При пространственной обработке сигнала и глубине волновода 30 м безошибочная передача информации оказывается возможной при отношении сигнал/шум на ≈15 дБ меньшем, чем в случае использования одиночного приемника. Продемонстрировано, что указанные преимущества применения вертикальных антенн имеют место в разных ситуациях на арктическом шельфе: при акустически мягком или акустически жестком дне, в присутствии поверхностного волнения или при наличии ледового покрова.

Зайцев Д.Л., Авдюхина С.Ю., Агафонов В.М., Бугаев А.С., Егоров Е.В. «Молекулярно-электронный гидрофон для решения задач низкочастотного исследования шумов Мирового океана» Доклады академии наук, 483, № 6, с. 666-669 (2018)

Настоящее исследование посвящено вопросам разработки инструментальной базы измерений для нужд низкочастотного зондирования шумов моря. В работе представлены экспериментальные результаты испытаний технических характеристик молекулярно-электронного гидрофона. Приведены исследования амплитудно-частотных и шумовых характеристики прототипов. Продемонстрирована работа гидрофона с полосой пропускания 0.02–200 Гц и чувствительностью 0.75 мВ/Па. Методом корреляционного анализа выполнено измерение собственных шумов.

Попова О.С. «Адаптивная пространственно-временная обработка в системах пассивной гидролокации с разнесенными антеннами» Гидроакустика, № 36, с. 28-36 (2018)

Оптимальный алгоритм межантенной пространственно-временной обработки при обнаружении и оценке координат источника сигнала системой из разнесенных приемников (СРП) требует знания априори неизвестных пространственно-частотных характеристик полей помех. В статье предложен адаптивный алгоритм оценки координат источника, основанный на использовании оценок характеристик входного поля, полученных на неклассифицированных обучающих выборках. Приведены расчеты характеристики пространственной избирательности СРП в системе обработки с применением адаптивного алгоритма.

Анищенко А.Е., Солдатов Г.В., Лотарев А.В., Вареникова А.Ю. «Способ формирования фазоманипулированных сигналов гидроакустической параметрической антенной» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 67-75 (2018)

В развитии морской инфраструктуры существует необходимость передачи информации через водную среду на десятки и сотни тысяч метров. Цель данного исследования – разработка нового принципа фазовой манипуляции для звукоподводной связи с использованием параметрической антенны. Показана принципиальная возможность использования разностной частоты параметрической гидроакустической антенны для формирования сигналов с фазовой манипуляцией. Рассмотрены два способа формирования фазовой манипуляции – при помощи изменения фазы частот накачки и с помощью кратковременного изменения частоты на участке разностной волны. Использование существующего способа фазовой манипуляции через изменение фаз сигналов накачки приводит к неконтролируемым переходным процессам в сигнале разностной частоты. Использование второго способа фазовой манипуляции сигнала разностной частоты через кратковременное изменение частот накачки и соответственно появление измененного участка сигнала разностной частоты, сдвигающего фазу основного сигнала в сторону уменьшения или в сторону увеличения позволяет управлять переходным процессом уменьшая количество амплитудных выбросов. Проведены экспериментальные исследования как в гидроакустическом бассейне, так и в море с учетом наличия природных гидрологических условий подтвердившие теоретические положения. Расчеты показали, что использование укороченной измененной части сигнала разностной частоты параметрической антенны приводит к необходимости чрезмерного увеличения частоты накачки (сотни кГц) что может превышать ширину полосы пропускания параметрической антенны. Использование увеличенного участка позволяет увеличивать частоту незначительно (на десятки или даже единицы кГц), что дает практически неограниченные возможности для выбора угла манипуляции.

Солдатов Г.В., Нерук В.Ю., Лагута М.В. «Способ расширения диаграммы направленности параметрической антенны» Известия Южного федерального университета. Технические науки, № 6, с. 75-84 (2018)

Целью настоящей работы является демонстрация возможности расширения диаграммы направленности гидроакустической параметрической антенны с помощью внутриимпульсного сканирования акустическим лучом. Опыт разработки и испытаний параметрических антенн показал, что наиболее эффективной генерации волн разностной частоты удается добиться при излучении узконаправленных пучков шириной несколько градусов на максимальной мощности антенны накачки. Дальнейшее увеличение ширины диаграммы направленности при тех же рабочих частотах приводит к падению уровня сигналов накачки и уменьшению длины зоны нелинейного взаимодействия, а значит и к существенному снижению уровня сигнала разностной частоты. Расширить диаграмму направленности, сохранив при этом размер излучающей поверхности антенны и уровень излучаемого сигнала, можно с помощью внутриимпульсного сканирования. Внутриимпульсное сканирование осуществлялось путем последовательного излучения коротких импульсом с поворотом диаграммы направленности антенны в плоскости сканирования. Для проведения экспериментальных исследований была разработана гидроакустическая параметрическая излучающая система, состоящая из многоканальной антенны накачки и модулей генераторов-усилителей мощности. Экспериментальные исследования были проведены на уникальной научной установке «Имитационно-натурный гидроакустический комплекс» ЮФУ. Были проведены измерения диаграмм направленности параметрической антенны на разностной частоте. С помощью предлагаемого метода удалось увеличить ширину главного максимума параметрической антенны примерно в 2 раза. В работе показано изменение огибающей излучаемого сигнала в зависимости от направления излучения. Экспериментальные исследования показали принципиальную возможность расширения диаграммы направленности параметрической антенны с помощью внутриимпульсного сканирования акустическим лучом при неизменных размерах излучаемой поверхности антенны накачки.

Пестерев И.С., Степанов Б.Г. «Исследование широкополосной гидроакустической системы, содержащей преобразователи волноводного типа» Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, № 5, с. 60-70 (2018)

Представлены результаты экспериментальных исследований макетов антенн гидроакустической системы (ГАС), содержащей преобразователи волноводного типа (ПВТ), которые представляют собой соосный набор идентичных водозаполненных пьезоцилиндров, электрически возбуждаемых в режиме формирования бегущей волны во внутренней полости ПВТ. Для исследуемой ГАС проанализированы возможности ПВТ при их возбуждении согласно решению задачи синтеза. Возбуждение ПВТ, осуществляемое программно-управляемыми многоканальными блоками, обеспечивает близкую к равномерной амплитудно-частотную и практически линейную фазочастотную характеристики излучения в полосе пропускания порядка трех октав. Показана возможность излучения в указанной полосе частот перестраиваемых по частоте ультракоротких импульсов, а также формирования сигналов, подобных сигналам китообразных. Проанализировано влияние числа пьезоцилиндров, входящих в состав ПВТ, и характера их возбуждения на частотные и импульсные характеристики макетов антенн исследуемой ГАС. Исследованы характеристики направленности макетов антенн, составленных из ПВТ, в том числе в режиме сканирования характеристики направленности. Выполнена сравнительная оценка расчетных и экспериментальных данных, а также оценка эффективности излучения ПВТ.

Жуков В.Б. «Синтез напряжений возбуждения элементов гидроакустической антенны с учетом их взаимодействия» Гидроакустика, № 36, с. 24-27 (2018)

Рассматривается задача синтеза заданной характеристики направленности многоэлементной гидроакустической антенны с целью определения возбуждающих напряжений, что приводит к необходимости учета взаимного влияния электроакустических преобразователей.