Расчет полярной диаграммы дальности действия гидролокатора горизонтального действия

Камчатский  государственный технический университет

 

Кафедра судовождения

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчетно-графическая  работа

 

По дисциплине «Гидроакустические поисковые приборы»

Расчет  полярной диаграммы дальности действия гидролокатора горизонтального действия

 

 

 

 

 

 

Выполнил  студент группы 10СВ

Иванов И.И. _____________

Проверил  преподаватель (ФИО) _______________

Оценка _________________

                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Петропавловск-Кмчатский

2013 г. 
Исходные данные для расчета эксплуатационных параметров гидролокатора горизонтального действия

№	Рэ, кВт	hэа, %	fc, кГц	Df, кГц	t, мс	а, см	b, см
48	2,8	25	39	2,0	8	8,0	12,5

 

Исходные  данные для расчета акустического  сечения обратного рассеяния

Косяк рыбы Rэ = 0,25 м   t = 1 мс
uк, В	uэ, В	rp, м	Rэ, м
24,1	5,9	130	160

 

Интенсивность шумовой помехи

I_ш = 2.066741 × 10^-11 т/м²

 

УСЛОВНЫЕ  ОБОЗНАЧЕНИЯ ВЕЛИЧИН

Р_э – электрическая мощность генератора, Вт

h_эа – электроакустический КПД антенны,

f_o – рабочая частота, Гц

D f – полоса пропускания частот приемника, Гц

t - длительность зондирующего импульса, мс

a – размер  прямоугольной антенны (длина), см

b – размер  прямоугольной антенны (ширина), см

с – скорость звука в воде, м/с

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Расчет энергетической дальности  действия.

1.1. Теоретическое  введение 

Одним из основных тактических параметров гидролокатора является максимальная дальность действия, которая подразделяется на энергетическую и геометрическую. 

Энергетическая  дальность действия (ЭДД) - это максимальное расстояние (r_max) от гидроакустической антенны до обнаруженного объекта, при котором полезный эхосигнал может быть выделен в регистрирующих приборах на фоне помех (реверберация, шумы моря, шумовое поле движущегося судна и т.д.). Свойства акустических волн и среды, в которой они распространяются, оказывают значительное влияние на дальность действия гидроакустических приборов. Следует иметь в виду, что объекты, от которых отражаются акустические волны, могут иметь различные размеры, акустические свойства, структуру и т.д., что также влияет на дальность действия. Существует несколько зависимостей для определения ЭДД гидролокатора. Довольно часто используется зависимость вида:  

     

где: r_max  - энергетическая дальность действия, км  

         β  - коэффициент затухания звука в море ДБ/КМ            

         Ра  - излучаемая акустическая мощность, Вт                

         γ - коэффициент осевой концентрации                  

       σ  - площадь акустического поперечного сечения обратного рассеяния от подводного объекта, м2                 

       δ  - коэффициент распознавания                 

        І_П - интенсивность помех рыболокации, Вт/м2        

 Для  определения ЭДД гидролокатора  необходимо предварительно рассчитать следующие параметры:   

-    излучаемую акустическую мощность (Ра)

коэффициент осевой концентрации антенны  (γ )

коэффициент затухания звука в море ( β )

коэффициент распознавания ( δ )               

 площадь акустического поперечного сечения обратного рассеяния от подводного объекта (σ}                      

энергетическую  дальность действия, в условиях помех

 

1.2. Расчет  излучаемой акустической мощности

 (Вт)

где Р_э – электрическая мощность генератора, Вт

h_эа – электроакустический КПД антенны, относит. ед.

Р_а = 2,8 × 0,25 = 0,7 » 700 Вт

1.3. Расчет  коэффициента осевой концентрации  антенны

- для прямоугольной антенны

где  s – площадь излучающей поверхности антенны, м²

a, b –  геометрические размеры излучающей  поверхности прямоугольной антенны,  м

f_o – рабочая частота излучения, Гц

c – скорость  распространения звука в воде, м/с

l - длина волны излучения, м

     , м = 0,038461538

 

1.4. Расчет  коэффициента затухания

, дБ/км

где f_o – рабочая частота излучения, кГц

 дБ/км

1.5. Расчет  коэффициента распознавания

где k_б – коэффициент надежности приема (или пороговый коэффициент равный отношению напряжений сигнал/помеха) (k » 1,5)

D f – ширина полосы частот пропускания приемника, Гц

t - длительность зондирующего импульса, с

 или 

1.6. Расчет  акустического поперечного сечения  обратного рассеяния объекта  (косяка)

, м²

где  R_э – радиус эквивалентной сферы, м

u_k – напряжение на входе приемника от отраженного сигнала косяка рыбы, В

u_э – напряжение на входе приемника от отраженного сигнала эквивалентной сферы, В

r_k – расстояние до косяка рыбы, м

r_э – расстояние до эквивалентной сферы, м

t_э – длительность зондирующего импульса, при которой «измерялось»  акустическое поперечное сечение обратного рассеяния косяка, с

t - длительность зондирующего импульса, с

s_э – площадь поперечного сечения обратного рассеяния эквивалентной сферы, м

 м²

 

1.7. Расчет энергетической дальности действия гидролокатора в условиях шумовой помехи (1-й способ – с помощью трансцендентного уравнения. Решение графическое).

Исходное  уравнение (21) энергетической дальности  действия:

, км

P_a – акустическая мощность, Вт

b - коэффициент затухания звука в море, ДБ/км

g - коэффициент осевой концентрации

s_к – площадь акустического поперечного сечения обратного рассеяния объекта, м²

s - коэффициент распознавания

I_ш – интенсивность шумовой помехи, Вт/м²

Умножением  левой и правой частей значения на 0,05b приводим его к виду

где М – постоянная величина (правая часть уравнения)

 

Расчет  правой части трансцендентного уравнения

, км

где Р_а – акустическая мощность гидролокатора, 700 Вт

g - коэффициент осевой концентрации, 84,9

s_к – акустич. поперечн. сечение обратного рассеяния косяка рыбы, 3,577 м²

s - коэффициент распознавания, 0,5303

I_ш – интенсивность шумовой помехи, 2.066741 × 10^-11 Вт/м²

Используя приложение 4,  по величине М_к = 2,277 находим Х_мк=0,588 дБ

Тогда энергетическая дальность действия в условиях шумовой помехи для косяка рыбы

 км

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Полярная диаграмма дальности  действия.

2.1.1. Теоретическое  введение 

Для того, чтобы эффективно использовать возможности гидролокаторов при поиске объектов промысла, важно иметь представление о величине зоны, просматриваемой прибором, т.е. знать дальность обнаружения объекта не только по направлению основного максимума, но и по другим направлениям в пределах действующего угла диаграммы направленности антенны. Ясно, что по этим другим направлениям  дальность действия гидролокатора будет меньше, чем по осевому направлению. Если от места расположения антенны откладывать по соответствующим направлениям дальность обнаружения одного и того же объекта, то получим диаграмму, называемую полярной диаграммой дальности действия  (ДДК). Полярная ДДД, таким образом, есть геометрическое место точек, отображающих положение обнаруженного объекта при условии, что величина эхо-сигнала от него в указанных точках имеет одно и то же минимально необходимое для обнаружения значение.

   Полярная ДДД определяется, прежде всего, направленностью действия антенны, а также акустическими (отрицательными) свойствами объекта и чувствительностью гидролокатора – минимальной интенсивностью эхо-сигнала, который может быть зарегистрирован гидролокатором. В связи с этим полярная ДДД как бы обобщает свойства гидролокатора и объекта, полнее описывает поисковые качества гидролокатора.

 

2.1.2. Расчет  полярной диаграммы дальности,  действия.

 

Ширина  ДМ антенны на нулевом уровне

, км

где R (q) – характеристика направленности антенны в горизонтальной плоскости.

r_о – дальность действия гидролокатора по осевому направлению при отсутствии затухания (с учетом влияния шумовой помехи), м, 1341м

 

где 

 можно определить с учетом  волнового размера по формуле.

где l/l - волновой размер, 2,665

- полусумма сторон (длины и ширины) антенны гидролокатора, м

l - длина волны зондирующего импульса, м

Ширина  ДН на нулевом уровне определяется

где  a – размер антенны в горизонтальной плоскости, м.

Т.к. q_о = 17,92° > 10°, то углы q для построения полярной DDD будут задаваться с дискретностью 5°.

Для определения параметров r (q) следует воспользоваться приложением 4

По M(q) определяются значения x(q), а по ним рассчитываются значения r(q)

, км

Результаты  расчетов заносятся в таблицу 1.

Таблица 1. Значения величин r(q) в горизонтальной плоскости

 

q, град	0°	5°	10°	15°	20°
R (q)	1	0,9137	0,6834	0,3824	0,0964
roR(q), км	1,341	1,2253	0,9164	0,5128	0,1293
М (q), дБ	0,5879	0,5372	0,4018	0,2248	0,0567
хм(q), дБ	0,296	0,281	0,234	0,156	0,05
r(q), км	0,6752	0,6410	0,5338	0,3558	0,1141