Спосіб підводного прийому радіосигналів

Власники патенту UA 2453037:

Винахід відноситься до галузі радіотехніки, що стосується радіоприймання сигналів на підводному апараті і може бути використане для зв'язку та навігації без спливу апарату, у тому числі в підлідному положенні. Технічний результат винаходу полягає у підвищенні чутливості та глибини підводного радіоприймання та розширенні функціональних можливостей для прийому радіосигналів неспеціалізованих радіостанцій, зокрема зв'язкових та навігаційних радіосистем загального користування на низьких частотах. Спосіб заснований на ефекті параметричної демодуляції електромагнітних хвиль акустичним випромінюванням, яким для прийому повідомлення з підводного об'єкта акустичну хвилю направляють у задану на водній поверхні область приходу електромагнітної хвилі, що несе повідомлення. Випромінювання акустичних хвиль здійснюють через рівномірно розташовані вздовж корпусу підводного об'єкта основні акустичні випромінювачі, фазують акустичні хвилі по кожному випромінювачу через керовані ехолотами лінії затримки, по черзі формуючи на водній поверхні когерентну лінійну область (віртуальну електричну антену), в зоні якої здійснюють параметр поверхні електромагнітної хвилі із виділенням частоти модуляції. 1 іл.

Відомий спосіб підводного прийому радіосигналів, заснований на використанні кабельних антен, що буксируються, і індукційних приймальних електричних антен, розміщених на корпусі апарату і налаштованих на основну частоту прийнятого радіосигналу [1].

Однак у зв'язку з високим поглинанням сигналів радіочастот у морській воді глибина підводного прийому обмежена. Для її збільшення створюються спеціалізовані радіостанції, що працюють на наднизьких частотах (аж до одиниць та десятків герц).

Зокрема за проектом SANGUIN робоча частота становить 78 Гц, площа антени 100×100 кв.м, а потужність передавачів до 10 МВт, що підводиться, а за проектом SEAFARER [2] робоча частота знижена ще більше - до 1 Гц.

Проте зниження робочої частоти, як випливає із зазначених прикладів, супроводжується великими техніко-економічними витратами, зниженням швидкості передачі, а завдання підводної радіонавігації, використовують робочі частоти 10-100 кГц (системи «Омега», «Чайка», «Лоран» і ін), взагалі не застосовується.

Відомий спосіб двостороннього зв'язку з підводним об'єктом [3], заснований на ефекті параметричної демодуляції електромагнітних хвиль частоти f±fм ультразвуком [4-6], за яким шляхом випромінювання з підводного об'єкта акустичної хвилі на частоті fа сигнал, що приймається направляють в задану область виходу акустичного тракту на водній поверхні, а прийом ведуть на підводному об'єкті на робочій частоті fраб = fе-fa + fм.

Недоліком цього способу є низька чутливість та глибина підводного прийому через використання малої ефективної площі вторинної еквівалентної антени, що утворюється акустичною плямою на водній поверхні (поверхні моря) у межах першої зони Френеля на частоті акустичного випромінювання fa.

До того ж відомий спосіб за патентом №2134023 взагалі не може бути реалізований в описаному вигляді для прийому сигналів під водою через необхідність використання акустичного випромінювання з підводного об'єкта в області надвисоких частот порядку fa=9,4 ГГц,порівнянних із частотою надводного електромагнітного випромінювання fе. На такій частоті акустичне випромінювання загасатиме у морській воді на відстані порядку довжини його хвилі.

де = 1500 м/с - швидкість поширення акустичних хвиль у воді.

Завдання винаходу полягає у підвищенні чутливості та глибини підводного радіоприймання та розширенні функціональних можливостей для прийому радіосигналів неспеціалізованих радіостанцій, зокрема, зв'язкових та навігаційних радіосистем загального користування на низьких частотах.

Поставлене завдання вирішується тим, що в способі підводного прийому радіосигналів, заснованому на ефекті параметричної демодуляції електромагнітних хвиль частоти f±fм акустичним випромінюванням, по якому для прийому повідомлення з підводного об'єкта акустичну хвилю направляють у задану на водній поверхні область приходу електромагнітної хвилі, що несе повідомлення, згідно винаходу випромінювання акустичних хвиль здійснюють через рівномірно розташовані вздовж корпусу підводного об'єкта основні акустичні випромінювачі, фазують акустичні хвилі по кожному випромінювачу через керовані ехолотами лінії затримки, по черзі формуючи на водній поверхні когерентну лінійну область (віртуальну електричну антену), в зоні вздовж водної поверхні електромагнітної хвилі з виділенням частоти модуляції fм за умови

де fе - частота електромагнітної хвилі, що несе повідомлення на частоті модуляції fм,

fa – частота акустичної хвилі.

Сутність винаходу полягає у наступному.

Електромагнітна хвиля частоти fе, що випромінюється наземним радіопередавачем і модульована сполученням на частоті модуляції fм, поширюється вздовж водноїповерхні (поверхні моря) з еліптичною поляризацією з проекціями на вертикальну площину E1z та горизонтальну Е1х, що лежить у площині поверхні води. Відповідно до граничних умов Леонтовича [1], зв'язок між зазначеними компонентами поля в нехтуванні такими зсувами описується співвідношенням:

де - довжина робочої хвилі;

σ - електропровідність води.

На підставі відомого зв'язку між комплексною діелектричною проникністю води і флуктуаціями її щільності р:

де

ω – робоча частота;

ε' - відносна діелектрична проникність води;

ε0 – діелектрична проникність повітря.

У зневазі струмами усунення морської воді, тобто. ωε' 4 за потужністю.

Оскільки коефіцієнт поглинання електромагнітного поля морською водою визначається як

де ,

µ=4π·10 -7 гн/м - магнітна проникність,

σ=4 сім/м - електропровідність води, то при fм=78 Гц, δn≈0.05, виграш за рівнем сигналу в 100 разів означає збільшення глибини прийому з h=10 м до h=90 м, або при однаковій глибині відповідає виграшу за пропускною спроможністю в 10 4 разів.

Наявність адаптивної системи управління затримкою акустичних полів по парципальним променям з точністю до фази, що реалізується за допомогою додаткових ехолотів, дозволяє уникнути впливу хвилювання водної поверхні та зміни диферента підводного апарату під час руху, а це забезпечує когерентність акустичного поля вздовж «віртуальної» електричної антени отже, створює умови для узгодженого прийому на підводному апараті сигналу частоти м.

Таким чином, запропонований спосіб дозволяє технічну суперечність між бажаним збільшенням глибини підводного радіоприймання та швидким згасаннямелектромагнітного поля з глибиною через малу еквівалентну довжину вторинної антени на поверхні моря. А це, у свою чергу, дозволяє реалізувати новий спосіб для зв'язку та навігації на достатніх глибинах підводного прийому радіосигналів.

1. Соловйов В.І., Новик П.І., Морозов І.Д. Зв'язок на морі. Л.: Суднобудування. 1978.

2. Хармут Х.Ф. Несинусоїдальні хвилі в радіолокації та зв'язку. Пров. з англ. / За ред. А.П.Мальцева. М.: Радіо та зв'язок, 1985.

3. Патент України №2134023.

4. Радіотехніка та електроніка, 1985, вип.11, с.2136-2142.

5. Радіотехніка та електроніка, 1991, вип.2, с.410-412.

6. Шайдур Г.Я. Успіхи сучасної радіоелектроніки, 2009 №7.

Спосіб підводного прийому радіосигналів, заснований на ефекті параметричної демодуляції електромагнітних хвиль частоти fе±fм акустичним випромінюванням, за яким для прийому повідомлення з підводного об'єкта акустичну хвилю направляють у задану на водній поверхні область приходу електромагнітної хвилі, що несе повідомлення, що відрізняється тим, що випромінювання акустичних хвиль здійснюють через рівномірно розташовані вздовж корпусу підводного об'єкта основні акустичні випромінювачі, фазують акустичні хвилі по кожному випромінювачу через керовані ехолотами лінії затримки, по черзі формуючи на водній поверхні когерентну лінійну область (віртуальну електричну антену), в зоні якої здійснюють параметричну демодуляцію з виділенням частоти модуляції fм за умови fе=fa, де fе - частота електромагнітної хвилі, що несе повідомлення на частоті модуляції fм; fa - частота акустичної хвилі.