Построение математической модели для нахождения характеристик параметрической гидроакустической антенны вблизи взволнованной поверхно

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное автономное образовательное

учреждение высшего образования

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Институт нанотехнологий, электроники и приборостроения

Кафедра электрогидроакустической и медицинской техники

Индивидуальная работа

по дисциплине «Математическое моделирование процессов и систем»

Построение математической модели для нахождения характеристик параметрической гидроакустической антенны вблизи взволнованной поверхности

Выполнил:

Проверил:

Таганрог 2019 г.

Оглавление

Введение        3

1. Обзор литературы и патентный поиск по теме индивидуальной работы        5

2. Анализ задач, решаемых с помощью гидроакустических систем, использующих параметрические антенны        8

3. Принцип построения параметрической антенны        10

4. Краткий обзор гидроакустических характеристик приповерхностного слоя на мелководье        13

5. Основные характеристики излучения параметрических антенн        15

6. Расчет осевого распределения ВРЧ параметрической антенны        18

Заключение        28

Список используемой литературы        29

Введение

Гидроакустика получила широкое практическое применение, так как на сегодняшний день является наиболее эффективной системой передачи электромагнитных волн под водой на значительном расстоянии. Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 Гц и ультразвуками от 10000 Гц и выше.

Решение ряда задач гидроакустики может быть более эффективным при использовании аппаратуры, действующей на принципах нелинейного взаимодействия акустических волн [1,2].

Параметрическая гидроакустическая антенна, благодаря высокой направленности излучения в широкой полосе частот, является одним из акустических устройств, позволяющих повысить эффективность акустического зондирования.

С помощью гидроакустических устройств решаются задачи обнаружения и распознавания подводных объектов, обследования рельефа дна и измерения глубин, обнаружения косяков рыб, обеспечения безопасности плавания судов, подводной связи и многие другие. Гидроакустические системы являются практически единственным средством подводного наблюдения и информационного обмена для подводных лодок, подводных аппаратов, при проведении подводно-технических работ с использованием водолазной техники и играют важную роль в вопросе радиоэлектронного вооружения кораблей [1].

Гидроакустическая антенна – важнейший структурный элемент любой гидроакустической системы, во многом определяющий ее основные тактико-технические характеристики: дальность действия, помехоустойчивость, сектор обзора, пространственную разрешающую способность и т. п. Это устройство, обеспечивающее прием и (или) излучение гидроакустических сигналов в водной среде и обладающее пространственной избирательностью.

Целью данной индивидуальной работы является построение математической модели для нахождения одного из главных параметров параметрической гидроакустической антенны – осевого распределения звукового давления волны разностной частоты (ВРЧ). Для этого изучению подлежит принцип работы и построения параметрической антенны, основные характеристики излучения параметрической антенны, достоинства данной антенны и применение.

1. Обзор литературы и патентный поиск по теме индивидуальной работы

Проектирование и внедрение устройств активной локации с параметрическими антеннами началось в начале 70-х годов прошлого века и было обусловлено соответствием пространственных характеристик акустических полей, формирующихся низкочастотных спектральных компонент спектра излучения актуальным и сложным задачам широкополосного «дальнего» эхопоиска объектов на морском шельфе. За рубежом лидерство в разработке и патентовании подобных устройств активной локации принадлежит научно-исследовательским лабораториям авиастроительной компании «Raytheon Company», разрабатывающей и внедряющей различные технологии в оборонной области, и фирмы «Submarine Signal» (США), специализирующейся в практической деятельности на разработке излучающих трактов и вспомогательного оборудования [3-5].