Разработка и исследование методов градуировки гидроакустического приемника при излучении сигналов с линейной частотной модуляцией

• Автор: Матвеев, Антон Николаевич
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Менделеево
• Количество страниц: 105 с. : ил.

Оглавление
Введение

Глава 1 Программно-аппаратная реализация метода СКВУ на J14M

сигналах

1.1 Теория метода СКВУ

1.2 Программно-аппаратная реализация

1.3 Экспериментальные исследования созданного программноаппаратного комплекса

1.4 Выводы

Г лава 2 Методы уменьшения погрешностей измерений

2.1 Влияние неравномерности искомой частотной зависимости

2.2 Влияние случайной помехи
2.3 Влияние скорости изменения частоты JI4M сигнала
2.4 Влияние формы и размеров измерительного бассейна
2.5 Выводы
Глава 3 Апробация программно-аппаратного комплекса на
международных сличениях
3.1 Результаты пилотных сличений
3.2 Результаты дополнительных сличений
3.3 Выводы
Глава 4 Применение программно-аппаратной реализации для совершенствования и расширения возможностей эталонной базы
4.1 Измерение фазового угла чувствительности гидрофона
4.2 Калибровка по полю приемников векторных величин
4.3 Калибровка приемников ПШ по полю в измерительном бассейне
4.4 Выводы
Заключение
Библиография
Приложение

Введение
Традиционно гидроакустические измерения представляют интерес для военно-морских ведомств. Задачи, решаемые гидроакустиками в целях обеспечения безопасности корабля, не теряют актуальности и остаются приоритетными. Однако в последние десятилетия востребованность точных гидроакустических измерений многократно возросла. Тотальное ухудшение экологической обстановки в прибрежных зонах Мирового океана выдвинуло на международный уровень проблемы оценки влияния акустического воздействия на морскую экосистему и введения соответствующих защитных норм. Нормирование и измерение подводного шума антропогенного происхождения (включая шум корабля) взяты за основу для разработки критериев оценивания благоприятного экологического статуса морских вод. Значительное расширение круга измерительных задач поставило перед метрологией подводной акустики новые проблемы, решение которых требует совершенствования эталонной базы в целях расширения возможностей метрологических работ.
Создание, поддержание и совершенствование эталонной базы страны в области гидроакустических измерений является одним из основных направлений деятельности ФГУП «ВНИИФТРИ». Государственную поверочную схему для средств измерений звукового давления [1] возглавляет хранимый во ВНИИФТРИ Государственный специальный первичный эталон единицы звукового давления в водной среде - Паскаля в диапазоне частот от 0,001 Гц до 1 МГц (далее - ГЭТ) [2]. Стратегия обеспечения единства измерений в России до 2015 г., утвержденная

приказом Минпромторга РФ № 529 от 17 июня 2009 г., относит совершенствование ГЭТ к «... разработкам по развитию эталонной базы России, нацеленным на решение проблем приоритетного направления «Перспективные вооружения, военная и специальная техника», расширяющим возможности эталонной базы России по обеспечению единства измерений в интересах гидроакустики...» [3].
Принято считать, что при измерениях в море гидроакустический приемник находится в поле свободно распространяющейся звуковой волны, что вынуждает определять при градуировке чувствительность приемника по полю. К началу диссертационных исследований основные возможности как самого ГЭТ, так и подчиненных эталонов для передачи по полю единицы звукового давления рабочим измерительным гидрофонам, были ограничены частотами третьоктавного ряда выше 3,15 кГц [4]. На частотах ниже 3,15 кГц гидрофоны градуировали по давлению в камерах малого объема [4, 5]. Это не обеспечивало перекрытие диапазонов частот измерений по полю и по давлению, не позволяло выполнять международные сличения, регламент которых предусматривает калибровки на произвольных частотах, выбираемых исходя из свойств гидрофонов - эталонов сличений [6], и вынуждало при исследовании метрологических характеристик гидроакустического приемника ограничиваться градуировками только входящего в состав приемника измерительного гидрофона.
Фазовые характеристики гидроакустических преобразователей востребованы современными технологиями подводной звуколокации и связи, необходимы при калибровке чувствительных элементов гидроакустических антенн [7]. Измерения фазочастотных характеристик (далее - ФЧХ) внесены в классификатор ка-

ния режектирующего пространственного фильтра. Подробнее об исследовании качества подавления случайной помехи рассказано в главе 2.
Одним из преимуществ предложенной измерительной процедуры перед гомоморфной время-селективной постобработкой является возможность применить СКВУ к компактному фрагменту частотной зависимости. Это позволяет «собирать» искомую характеристику по фрагментам, измеренным в различных частотных диапазонах. В каждом диапазоне можно подбирать оптимальную скорость развертки ЛЧМ сигнала, излучатель, обеспечивающий наилучшее соотношение сигнал/шум, и, при необходимости, использовать дополнительное накопление сигнала. Это позволяет также ограничить динамический диапазон измеряемого сигнала. При этом экспериментально подтверждено, что различие результатов измерений при реализации метода взаимности для разных пар вспомогательных преобразователей на перекрывающихся участках частотных диапазонов не превышает 0,01 дБ.
Использование ЛЧМ сигнала позволило снять проблему, возникающую при участии в международных сличениях: калибровки необходимо выполнять на заданных частотах, которые обычно не совпадают с третьоктавным рядом, поскольку устанавливаются исходя из особенностей поведения частотной характеристики опорного гидрофона сличений. Высокое частотное разрешение получаемых СКВУ характеристик определяется не только частотой дискретизации Л применяемого АЦП, но и полосой частот/ьСтл и длительностью излучения ЛЧМ сигнала Т.

Разрешение СКВУ, вычисляемое как —, составляет сотую долю герца и поз-