Метод за подводно приемане на радиосигнали

Притежатели на патента RU 2453037:

Изобретението се отнася до областта на радиотехниката, засяга радиоприемането на сигнали на подводно превозно средство и може да се използва за комуникация и навигация без изплуване на превозното средство, включително в положение под лед. Техническият резултат от изобретението се състои в повишаване на чувствителността и дълбочината на подводното радиоприемане и разширяване на функционалността за приемане на радиосигнали от неспециализирани радиостанции, по-специално комуникационни и навигационни радиосистеми с общо предназначение при ниски честоти. Методът се основава на ефекта на параметричната демодулация на електромагнитни вълни чрез акустично лъчение, според който, за да получи съобщение от подводен обект, акустична вълна е насочена към областта на пристигане на електромагнитна вълна, носеща съобщението, поставени на водната повърхност. Излъчването на акустичните вълни се извършва през основните акустични излъчватели, разположени равномерно по тялото на подводния обект, акустичните вълни се поетапно разпределят по протежение на всеки излъчвател през линиите на закъснение, контролирани от ехолотите, образуващи последователно кохерентна линейна област (виртуална електрическа антена ) на водната повърхност, в зоната на която се извършва параметрична демодулация, разпространявайки по водата повърхността на електромагнитна вълна с избор на честотата на модулация. 1 кал.

Изобретението се отнася до областта на радиотехниката, засяга радиоприемането на сигнали на подводно превозно средство и може да се използва за комуникация и навигация без изплуване на превозното средство, включително в ледено положение.

Известният метод за подводно приемане на радиосигнали, основан на използването на теглени кабелни антени и индукционни приемащи електрически антени, разположени на корпуса на устройството и настроени на основната честота на получения радиосигнал [1].

Поради голямото поглъщане на радиочестотни сигнали в морската вода, дълбочината на подводното приемане е ограничена. За да се увеличи, се създават специализирани радиостанции, които работят на свръхниски честоти (до единици и десетки херца).

По-специално, съгласно проекта SANGUIN, работната честота е 78 Hz, площта на антената е 100 × 100 квадратни метра, а входната мощност на предавателите е до 10 MW, а според проекта SEAFARER [2], работната честота е намалена още повече - до 1 Hz.

Въпреки това, намаляването на работната честота, както следва от горните примери, е придружено от големи технически и икономически разходи, намаляване на скоростта на предаване на информация и при задачи по подводна радионавигация, използваща работни честоти от 10-100 kHz ( системи "Омега", "Чайка", "Лоран" и др.), изобщо не се прилага.

Известен е метод за двупосочна комуникация с подводен обект [3], основан на ефекта на параметричната демодулация на електромагнитни вълни с честота fe ± fm чрез ултразвук [4-6], според който чрез излъчване от под вода обект на акустична вълна с честота fа, полученият сигнал се изпраща към дадена област от изхода на акустичния път на водната повърхност, а приемането се извършва при подводен обект с работна честота fwork = fe- fa + fm.

Недостатъкът на този метод е ниската чувствителност и дълбочина на подводното приемане поради използването на малка ефективна площ на вторичната еквивалентна антена, образувана от акустично петно ​​върху водната повърхност (морска повърхност) в рамките на първата зона на Френел в честота на акустично излъчване fa.

В допълнение, известният метод съгласно патент № 2134023 изобщо не може да бъде реализиран в описаната форма за приемане на сигнали под вода поради необходимостта от използване на акустично излъчване от подводен обект в областта на свръхвисоките честоти от порядъка на fa = 9.4 GHz, сравним с честотата на повърхностното електромагнитно излъчване fe. При тази честота акустичното лъчение ще отслабва в морската вода на разстояние от порядъка на дължината на вълната

където υa = 1500 m/s е скоростта на разпространение на акустичните вълни във вода.

Целта на изобретението е да увеличи чувствителността и дълбочината на подводното радиоприемане и да разшири функционалността за приемане на радиосигнали от неспециализирани радиостанции, по-специално комуникационни и навигационни обществени радиосистеми при ниски честоти.

Проблемът се решава от факта, че в метода за подводно приемане на радиосигнали, базиран на ефекта на параметричната демодулация на електромагнитни вълни с честота fe ± fm чрез акустично излъчване, според който, за да се получи съобщение от подводен обект, акустичната вълна е насочена към зоната на пристигане на електромагнитна вълна, носеща съобщение, посочено на водната повърхност. Съгласно изобретението акустичните вълни се излъчват през основните акустични излъчватели, равномерно разположени по тялото на подводния обект, акустичните вълни се фазират по протежение на всеки излъчвател през линиите на закъснение, контролирани от ехолотите, образуващи последователно кохерентна линейна област (виртуална електрическа антена) на водната повърхност, в зоната на която параметрична демодулация на разпространението по водната повърхност на електромагнитната вълна с освобождаване на честотата на модулация fm при условието

където fe е честотата на електромагнитната вълна, носеща съобщението при честотата на модулация fm,

fa - честота на акустичната вълна.

Същността на изобретението е следната.

Електромагнитна вълна с честота fe, излъчвана от наземен радиопредавател и модулирана от съобщение с честота на модулация fm, се разпространява по водната повърхност (морска повърхност) с елиптична поляризация с проекции върху вертикалната равнина E1z и хоризонталната равнина E1x, лежаща в равнината на водната повърхност. В съответствие с граничните условия на Леонтович [1], връзката между посочените компоненти на полето, пренебрегвайки подобни измествания, се описва чрез връзката:

където λ е работната дължина на вълната;

σ - електрическа проводимост на водата.

Въз основа на известната връзка между сложната диелектрична проницаемост на водата ε и колебанията на нейната плътност p:

Където

ω е работната честота;

ε '- относителна диелектрична константа на водата;

ε0 - диелектрична константа на въздуха.

Пренебрегвайки изместващите течения в морската вода, т.е. ωε '4 в мощност.

Тъй като коефициентът на поглъщане на електромагнитното поле от морската вода се определя като

Където,

µ = 4π · 10 -7 gn/m - магнитна пропускливост,

σ = 4 sim/m е електрическата проводимост на водата, тогава при fm = 78 Hz, δn≈0.05, усилване на нивото на сигнала 100 пъти означава увеличаване на дълбочината на приемане от h = 10 m до h = 90 m, или на една и съща дълбочина съответства на усилване на пропускателната способност 10 4 пъти.

Наличието на адаптивна система за управление на забавянето на акустичните полета по частичните лъчи с точност на фазата, реализирана с помощта на допълнителни ехолоти, позволява да се избегне влиянието на вълните на водната повърхност и да се промени облицовката на подводния апарат по време на шофиране и това осигурява съгласуваността на акустичното поле по "виртуалната" електрическа антена и следователно създава условия за последователно приемане на подводен апарат на сигнал с честота ωm.

По този начин предложеният метод разрешава техническото противоречие между желаното увеличаване на дълбочината на подводното радиоприемане и бързото затихване на електромагнитното поле с дълбочина поради малката еквивалентна дължина на вторичната антена на морската повърхност. И това от своя страна дава възможност да се приложи нов метод за комуникация и навигация на достатъчни дълбочини на подводно приемане на радиосигнали.

1. Соловьев В.И., Новик П.И., Морозов И.Д. Комуникация в морето. Л.: Корабостроене. 1978 г.

2. Harmut H.F. Несинусоидални вълни в радара и комуникацията. Per. от английски/Изд. А. П. Малцева. М.: Радио и комуникация, 1985.

3. RF патент No 2134023.

4. Радиотехника и електроника, 1985, брой 11, с.2136-2142.

5. Радиотехника и електроника, 1991, брой 2, стр.410-412.

6. Шайдуров Г.Я. Успехи на съвременната радиоелектроника, 2009, №7.

Метод за подводно приемане на радиосигнали, основан на ефекта на параметричната демодулация на електромагнитни вълни с честота fe ± fm чрез акустично излъчване, съгласно който, за да получи съобщение от подводен обект, акустична вълна е насочена към област на пристигане на електромагнитна вълна, носеща съобщение на водната повърхност, характеризираща се с това, че излъчването на акустични вълни, извършвано през основните акустични излъчватели, равномерно разположени по тялото на подводния обект, фазови акустични вълни по всеки излъчвател през линиите на закъснение, контролирани от ехото озвучители, образуващи последователно кохерентна линейна област (виртуална електрическа антена) на водната повърхност, в зоната на която се извършва параметрична демодулация на разпространяващата се по водната повърхност електромагнитна вълна с разделяне на честотата на модулация fm при условие fэ = fa,
където fe е честотата на електромагнитната вълна, носеща съобщението при честотата на модулация fm;
fa - честота на акустичната вълна.