Способ определения характеристик гидроакустических антенн

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 9) 1)5 6 01 8 7/6 ИЗС)Б ЕТЕН К АВТО зобре ке и ения акуст слов кус измегидролей внов. ГОСУЦАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР МУ СВИДЕТЕЛЬС(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН(57) Изобретение относится к техническойантенне и может быть использовано для измерения характеристик и параметров гидроакустических антенны в условияхоткрытия водоемов и бассейнов, Цель изобретения - повышение точности, Это достигается путем измерения распределенияамплитуды давления звукового поля в ближней зоне антенны по поверхности, равнойдозе давления (фазового фронта) и расчетузвукового поля в дальней зоне антенны посоотношению Ф В = 1/4 тгГ 1 ф (А(а) 1 ИФФЗ/Офбз 1., где з- поверхность интегрирования, представляющая собой поверхностьравной фазы давления; А(з.) - измеренныезначения амплитуды звукового давления вточках поверхности зО = ехрКВ)/В -функция Грина;ЬО/3 пх - производная функтение относится к техническо может быть использовано дл характеристик и параметро ческих антенн и преобразовате ях открытых водоемов и бэссей В настоящее время известен ряд способов определения характеристик антенн за 1764010 А 1 ции Грина по направлению внешней нормали к поверхности з бз - полный дифференциал поверхности з Координаты поверхности фазового фронта устанавливают путем измерения распределения фазы давления по поверхности наблюдения, обхватывающей антенну, и расчета ее координат по формуле В = =Ег(В) - яВ.)/К+ М 1, где Вз - радиус-вектор точки поверхности равной фазы давления; (В, - модуль радиус-вектора точки на поверхности з; Ег - единичный радиус-вектор, коллеинарный векторам В и В; Щ) - значения функции т(з) в точке, задаваемой радиус-вектором Вы 1(з) = ф(з) + 2 лМ - распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения з, преобразованное с учетом набегов фазы на 27 Г; ф (з) - измеренное распределение фазы давления по поверхности наблюдения з; К - целое число, учитывают,ее набеги фазы на величину 2 7 т; К - волновое число; М - константа, равная минимальному удалению рассчитываемой поверкности з от начала координат, Измерения р спределения амплитуды давления производят при размещении измерительного преобразователя в точках поверхности фазового фронта, координаты которых рассчитаны, а характеристики антенны определяют путем приведения их в соответствие характеристикам поля, 1 ил,ключающихся в измерении распределении компонент поляв ближней зоне антенны, пересчете последнбгбв"звуковое поле в дальней зоне антенны по тем или иным формулам и вычислении характеристик антенны,Для конкретных антенн эти спо "обы ос"йованы на йзмерениираспреДеленйй амплитуды и фазы компонент поля вблизи антеннь йо поверхности измерений, как правило, повторяющей форму антенны и имеющей правильную форму, например, по поверхности сферы, цилиндра или плоскости, и вычислении поля антенны в дальней зоне по той или иной формуле.Прототипом заявленного изобретенияявляется метод, основанный на измерении распределений амплитуды и фазы давления звукового поля в ближней зоне антенны по поверхности измерений, повторяющей форму антенны и имеющей правильную форму, например, по поверхности сферы или цилиндра и вычислении поля антенны в дальней зоне по приближенной формулеФ(В) = ХХР( ).ехр К В)(1+сов/3 б з,где з - поверхность измерений, имеющая правильную форму, находящаяся вблизи антенны и повторяющая форму антенны;К = 2 л/Л - волновое число;Л - длина волны;Р(з) = А(з) ехр 00(зА(з) - измеренные значения звуковогодавления в точках поверхности з;О(з) - измеренные значения фазы звукового давления в точках поверхности з;К - расстояние от точки на поверхностиз до точки, в которой расчитывается поле (допускается, что Й настолько"велико, что В = сопзс М);Р-угол между нормалью к поверхностиз и прямой, соединяющей точку на поверхности з и точку, задаваемую радиус-вектором Р, в которой расчитывается поле;бз - площадь элемента поверхности з(полный дифференциал),Основным недостатком способа прототипа и других известных способов определения характеристик гидроакустических антенн на основе измерений поля в ближней зоне, является низкая точность, обусловленная несовпадением поверхности измерений з с истинной поверхностью фазового фронта, проявляющаяся, например, в несоответствии уровня рассчитанных и истинных боковых лепестков характеристики направленности,Цель изобретения - повышение точностиПоставленная цель достигается тем, чтов способе определения характеристик гидроакустических антенн, заключающемся в измерении распределения амплитуды и фазы давления звукового поля в ближней зоне антенны, пересчете последнего в звуковое поле в дальней зоне антенны и вычислении характеристик антенны в дальней зоне, амплитуду давления звукового поля в ближнейзоне антенны измеряют на поверхностиравной фазы давления, которую устанавли 5 вают путем измерения распределения фазыдавления по поверхности наблюдения, охватывающей антенну, и расчета координат.поверхности равной фазы давления по формулеЙ; ЕЮКв - у -"ИБгде К - радиус-вектор точки на поверхности равной фазы давления (начало системыкоординат размещается в геометрическом15 центре антенны);1% - модуль радиус-вектора точки наповерхности наблюдения з;Ег - единичный радиус-вектор, коллинеарный векторам В,и В,;20 1(ВВ) - значенйе функции 1(з) в точке,задаваемой радиус-вектором Я;1(з) =ф(з)+ 2 лй - распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения з, преобразование с учетом25 набегов фазы на 2 зг;фз) - измеренное распределение фазыдавления по поверхности наблюдения з;Й - целое число, учитывающее набегифазы на величину 2 и;30 К - волновое число;Я - константа, равная минимальномуудалению рассчитывемой поверхности з отначала координат,а звуковое поле ЦЯ) в дальней зоне антенЗ 5 ны расчитывают по формулеФ(й) =4 д ХХ ГА(зг)(3 К О - ОЛп ) =о з3,где з - поверхность интегрирования, представляющая собой поверхность равной фазы давления;А(з ) - измеренные значения амплитудызвукового давления в точках поверхности45 ехр К йО = Р- функция Грина,В4 О/1 п+ - производная от функции Гринапо направлению внешней нормали к поверхности з;бз - полный дифференциал поверхности зНа чертеже изображена схема реализации способа.Способ заключается в следующем. В зависимости от поставленной задачи и от технических возможностей существующего координатного оборудования выбирают исходную поверхность наблюдения з,которая должна находиться вблизи антенны1,Перемещая гидрофон 2 по поверхности зизмеряют его координаты относительно геометрического центра антенны 1, регистрируют фазу сигнала на его выходе блоком измерения 3 относительно сигнала возбуждения создаваемого генератором 4 и измеряют распределение фазы давления 11(з) = = Яз ) по этой поверхности,Затем расчитывают распределение значений фазы давления с учетом набегов на величину 2 й в точках поверхности наблюдения1(з) = ф (з) + 2 лИ,где й - целое число, учитывающее набег фазы на величину 2 тДля выполнения такого расчета выполняют обход сечений поверхности з, например, по часовой стрелке; в начале обхода сечения полагают й = 0; если при дальнейшем обходе встречается переброс фазы давления с нуля на 2 лот М принимает значение К = 1, на следующем таком же перебросе увеличивают еще на единицу, и т,да если в распределении ф(з) встречается переброс фазы со значения 2 й на нуль, то текущее значение К уменьшается на единицуРасчитывают координаты точек поверхности равной фазы давления (фазового фронта) по формуле+ ч т ВВБ = Е(Щ + О/),где В - радиус-вектор точки на поверхности фазового фронта;1 В - модуль радиус-вектора точки в которой измеряются фаза давления (на поверхности наблюдения зв;Ег - единичный радиус-вектор, коллинеарный векторам Ви Ц;К - волновое чйсло;т(Вз) - значение функции т(з) в точке, задаваемой радиус-вектором Вв;И/ - константа, равная минимальному удалению рассчитываемой поверхности з от рабочего центра антенны (начала координат) и удовлетворяющая условиюОВ/ макс( Вгде О - максимальный габаритный размер излучающей поверхности антенны;макс( В ) - длина радиус-вектора точки на поверхности наблюдения з, максимально удаленной от начала координат,На определенной таким образом поверхности фазового фронта, путем размещения измерительного гидрофона в ее точках, измеряют распределение амплитуды давления звукового поля А(з). Одновременно с 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 измерением распределения А(з) контролируют (измеряют) распределение фазы выходного сигнала гидрофона относительно сигнала возбуждения Й(зг) = ф(з) и убеждаются в том, что ф(з ) = сопз, т,е, равномерное, Если распределениефазы неравномерное, то расчитанную поверхность з назначают"в качестве поверхности наблюдения з, повторяют последовательно описанные действия с измерением распределений, вычислениями и контролем и получают следующее приближение координат поверхности фазового фронта (опыт показывает, что в большинстве случаев при определении параметров реальных антенн второе и последующие приближения не требуются),Звуковое поле антенны в дальней зоне рассчитывают по формулеФ(В) = 1 ХХ А(з )хх К О - - -б з,3 огде А(з ) - измеренные значения амплитуды звукового давления в точках поверхности з ;О = - функция Грина,ех 1)КВВА характеристики антенны определяют путем приведения их в соответствие характеристикам поля, Например. характеристику направленности определяют путем нормирования значений амплитуды давления в той или иной плоскости рассчитанного звукового поля антенны в дальней зоне к максимальному значению амплитуды давления в этой плоскости,Формула изобретения Способ определения характеристик гидроакустических антенн, заключающийся в измерении распределения амплитуды и фазы давления звукового поля в ближней зоне антенны, пересчете последнего в звуковое поле в дальней зоне антенны и вычислении характеристик антенны в дальней зоне, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, амплитуду давления звукового поля в ближней зоне антенны измеряют на поверхности равной фазы давления, которую устанавливают путем измерения распределения фазы давления по поверхности наблюдения, охватывающей антенну, и расчета координат поверхности равной фазы по формулеф - - 1 ВвВз, = Ег ВзКИ),где В - радиус-вектор точки на поверхности равной фазы давления (начало системы1764010- механическая сйл ЗЛВРЯОИИОЯ 1."гб 7.75 Составитель А, ЗарубинТехред М.Моргентал Корректор Н, Ревская Редактор Т. Шагова Заказ 3456 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 координат размещается в геометрическом центреантенны);В - модуль радиус-вектора точки на поверхности наблюдения з;Ег - единичный радиус-вектор, коллинеарный векторам В и Вз;т(В) - значение функции т(в) в точке, задаваемой радиус-вектором В;Я(з) = ф(в) + 2 л й - распределение значений фазы давления на поверхности наблюдения з, преобразованное с учетом набегов фазы на 2 ж;ф(з) - измеренное распределение фазы давления по поверхности наблюдения з;М - целое число, учитывающее набеги фазы на величину 2;К - волновое число;В/ - константа, равная минимальному удалению рассчитываемой поверхности з от начала координат; а звуковое поле ф(В) в дальней зоне антенны расчитывают по формулеф(В) - П(А( ) 5, 0( КО -- )б зЬп где з - поверхность интегрирования, представляющая собой поверхность равной фа зы давления;А(з) - измеренные значения амплитудызвукового давления в точках поверхности 8ехр) КВ15 ВО = Р - функция Грина;1 Сап+ - производная от функции Гринапо направлению внешней нормали к поверхности з,бз - полный дифференциал поверхно 20 сти з 1.,