Область наук:
  • фізика
  • Рік видавництва: 1995
    Журнал: Известия Південного федерального університету. Технічні науки

    Наукова стаття на тему 'Аналіз похибок, що вносяться хитавицею носія при формуванні багатопроменевих діаграм спрямованості'

    Текст наукової роботи на тему «Аналіз похибок, що вносяться хитавицею носія при формуванні багатопроменевих діаграм спрямованості»

    ?Секція автоматизованих систем наукових досліджень

    УДК 681.883.65

    А. А. Палазіснко

    АНАЛІЗ погрішності, внесеної качків НОСІЯ ПРИ ФОРМУВАННІ багатопроменевими ДІАГРАМ СПРЯМОВАНОСТІ

    Серед різноманітних гідроакустичних засобів, що використовують властивості акустичних коливань у водному середовищі, можна відзначити наступні: спостереження; зв'язку і телеметрії; підводного звуковидения і акустичної голографії; кораблеводіння; вивчення світового океану; забезпечення глибоководних досліджень; морської геології. Системи, що служить цим цілям, включають в себе складні антенні комплекси, електронні тракти обробки сигналів, що управляють електронні обчислювальні машини і т.п. Серед безлічі завдань, що вирішуються такими системами, можна виділити групу завдань стабілізації в просторі характеристик спрямованості (ХН) антен при прийомі і випромінюванні.

    Метою цієї роботи є з'ясування причин нестабільності формування ХН, їх математичний опис, аналіз похибок через нестабільність ХН при вирішенні задач визначення пеленга і дистанції і пропозиція способів стабілізації ХН.

    В якості основних факторів, що дестабілізують становище ХН в просторі, можна виділити качку і вібрацію носія антеною решітки. Розрізняють бортову, кільову качку і так зване «нишпорення». Кожен вид качки призводить до відхилення ХН в одній з трьох площин декартової системи координат і описується за допомогою функції виду sin () [1]:

    (T) sin (WKxf), (1)

    де 0кіч-амплітуда кута качки судна; WK (14 - частота качки.

    Вібрації судна являють собою невеликі за амплітудою (багато менше амплітуди качки) коливання, частота яких у багато разів більше частоти коливань судна при хитавиці (W «). Наближено вібрацію можна описати як і качку функцією виду

    © «(t) = 0« / sin (W «х t) (2)

    і розкласти на три складові по площинах системи координат.

    Положення кожної точки антени в просторі в довільний момент часу можна описати, знаючи координати в початковий момент і користуючись (1). При цьому вибір системи координат визначає обсяг обчислень при розрахунку поточних значень і забезпечує наочність представлення. Декартові, полярні і сферичні системи координат не відповідають цим вимогам, т. К. При тривимірної хитавиці змінюються три кути. Тому зручно перетворити полярну систему координат, ввівши кути а і (3, визначивши тим

    Секція автоматизованих систем наукових досліджень

    самим деяку надмірність. Ця система зв'язується з полярної і декартовой співвідношеннями:

    г ». Ґ гл а = АГС ^ -; Р = агсіе -;

    [У) И

    х = рбіп © соеф, 0<а<я; (3)

    у = РЕТ © зіпер, 0<р<я; 2 = рсоБ0.

    У цьому випадку положення будь-якої точки в просторі можна описати як функцію

    М = F (ф, а, р, р). (4)

    N

    Будь-який елемент дискретної антени з N елементів, центр якої елемент) знаходиться в центрі координат, можна описати:

    Мі = Г [ф, а, р,

    ЛГ

    N

    ро], при у<г<М,

    Ш) N

    М »= Г [ф + я, а + я, р + я, - 1 ро], при (5)

    де ро - відстань між г і г + 1 елементами АР.

    Вплив качки і вібрації в цьому випадку можна врахувати так:

    Mi = Р [ф + © р (() + Уф (^, а + © в (4) + Уа (4), Р + © до (?) + Ур (?), Гг - ^ ро],

    N

    при

    (6)

    Мі -? [Ф + © р ({) + Уф (і) + я, а + ©? (І) + \ ^ а (і) + я, р + © до (і) + Ур (?) + Я,

    N

    Ро], при 1 <г ^ ~ 2,

    т. е. відбувається лише поворот ХН.

    Це ідеальна ситуація, на практиці, як правило, центр мас носія (ЦМ) не збігається з центром антеною решітки (рис. 1).

    Розглянемо "плоский випадок, щоб не захаращувати розрахунки, а подальший перехід до тривимірного простору не складе великих труднощів.

    У цьому випадку крім повороту антени навколо центру на кут качки відбувається і поворот самого центру по дузі, яка дорівнює відстані з ЦМ до ЦА на кут качки. Т. е., В загальному випадку крім повороту ХН центр антени рухається по деякій складній траєкторії всередині еліпсоїда.

    Розглянемо незалежно дві прийняті раніше системи координат, центр однієї з яких знаходиться в ЦМ, а центр інший - в центрі АР. Центр АР будемо описувати в першій системі координат, елементи АР - у другій (рис.2).

    Координати елементів АР визначаються за формулами (6), а центру АР

    так:

    Березня = Р [ф + © р (1) + Уф (і), а + ©? (Ї) + Уа (ї), Р + © К (^ + Ур (?)]. (7)

    Абсолютна похибка визначення пеленга на ціль з-за повороту ХН дорівнює (рис. 2) миттєвому значенню кута качки:

    $ Л = ЧХ, (8)

    а через відхід центру АР визначається в найгіршому випадку виразом

    Мал. 1

    Мал. 2

    §Я = arclg -g

    . О)

    де А - 2 З sin ^ = 2 С; В - дистанція до мети; С - відстань від ЦН до ЦА,

    т. е.

    dlJ = arctg

    2С В '

    (Ю)

    Поставивши собі за відстанню С, можна побудувати криву В = К (Яг,), яка буде визначати, на яких відстанях до цілі вплив похибки догляду ЦА не перевищуватиме задане значення. Аналіз показує, що для реальних АР при роботі в далекому полі цієї похибкою можна знехтувати, враховувати тільки поворот при хитавиці ХН і користуватися залежностями (6).

    Таким чином, при побудові формувача тимчасового типу за трьома площинах потрібно вводити тимчасові затримки, що змінюються за законом

    т = т0 + т \ (11)

    (<Г \

    де то = - Бтуо - затримка сігйала при формуванні ХН, компенсує-

    V)

    ванною в напрямку уо! з? - відстань між елементами; А'-швидкість

    поширення звуку в середовищі; т '= ~ ет®кач (1),

    де

    «

    © кач (?) = © кач БШ (Wкач?) •

    З огляду на (11, 12), тимчасові затримки визначаться так:

    (12)

    х (t) =

    (Sin Yo + sin | ^ © Ka4Sin (Wkoh t) J) •

    (13)

    СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

    1. Кобяков Ю. С., Кудрявцев Н. Н., Тимошенко В. І. Конструювання гідроакустичної рибопошуковою апаратури. Л .: Суднобудування, -1986. 272 с.

    2. Корн Г., Корн Т. Справрчнік з математики для науковців та інженерів. М .: Наука. Головна редакція фізико-математичної літератури, 1984. 831 с.


    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити