Рассмотрим второй случай, когда излучатель неподвижен, а приемник движется навстречу неподвижному излучателю со скоростью V΄п.
Неподвижный излучатель создаёт волну длиной λ1 и частотой f1.
Частота f2, воспринимаемая приемником с учётом его движения определяется формулой:
В общем случае, когда и излучатель и приемник, частота принятых колебаний f3 будет определяться формулой:
ДОПЛЕР-ЛАГ и ЕГО ИСПОЛЬЗОВАНИЕ
Гидроакустическая антенна в
режиме излучения создает звуковую волну. Направление звукового луча под углом θ по отношению к горизонту. Судно идет со скоростью V.
Отраженный (рассеянный) эхосигнал возвращается к антенне, которая уже работает в режиме приема.
V·cosθ – проекция скорости судна на траекторию распространения эхо-сигнала. Излучатель движется по отношению к неподвижному приемнику, следовательно, частота f1:
Точка В является вторичным излучателем, который излучает частоту f1 , следовательно, частота, принятая приемником f2:
В общем случае частота на входе приемника будет определяться формулой:
Доплеровское приращение (смещение) частоты fд:
fд = fп – fи
Таким образом доплеровское приращение частоты fд:
Если выразить скорость судна через fд, то получим:
Исходя из данных формулы для fд можно представить блок-схему однолучевого доплеровского лага в следующем виде:
![]() |
|||
![]() |
При реализации данной схемы возникают следующие трудности:
1. Необходимо иметь хороший усилитель приемника.
2. Необходимо осуществлять хорошую фильтрацию помех.
3. Необходимо непрерывно контролировать скорость звука и в случае ее изменения, вводить новые значения.
4. Угол θ зависит от качки судна, т.е. для движущегося судна в формулу вместо cosθ следует применять cos(θ±ψ), где ψ – угол дифферента.
Для того чтобы показания доплер-лага не зависели от качки судна, можно применить три способа:
- Антенну устанавливать на гиростабилизированной платформе;
- Применять двухлучевую антенну, которая производит излучение звуковых волн, как в направлении носа судна, так и в направлении кормы;
- Создание антенн в виде антенной решётки;
- Применение ЭВМ, которые производят постоянное измерение (θ±ψ) и перерасчет V.
Анализ погрешности однолучевого лага из-за качки судна
С учётом килевой качки, которая происходит с углом ψ, доплеровское приращение частоты запишем в следующем виде:
где ψ угол килевой качки.
Используя формулы тригонометрических функций разложим cos(θ±ψ):
Т.к. килевая качка имеет углы ψ ≈ 5 ÷ 10°, то cosψ можно заменить на "1", а sinψ на "ψ".
Из формулы видно, что первое слагаемое ни что иное, как доплеровское приращении частоты fд однолучевого доплер-лага при отсутствии качки, второе слагаемое – абсолютная погрешность Δ однолучевого доплер-лага за счёт качки.
fдк= fд ± Δабс
Определим относительную погрешность однолучевого лага, найдя отношение Δабс к fд
Пример: θ=60°, ψ=5° = 0,09 рад.
Δотн = ψ·tgθ = 0,09·tg60°= 0,09·1,73≈0,15 (15%)
Отсюда видно, что даже при небольшой качке погрешность большая. В настоящее время однолучевые лаги не применяются.
В формулу доплеровского приращения частоты входит скорость звука в морской воде С, которая в реальных условиях изменяется в пределах от 1450 до 1540 м/с.
Немецкой фирмой "Plat" получен патент на гидроакустическую антенну, выполненную в виде антенной решётки. При применении данной антенны доплеровское приращение частоты не зависит от скорости звука в воде.
![]() |
Если выполнить антенну в виде элементарных излучателей, где d - расстояние между элементами антенны, то sinα
(5)
где λо = С/fи;
Δφ – фазовый сдвиг между соседними элементами антенны;
d – расстояние между элементами.
Если конструктивно выбрать d = λо, то для λ = 30° Δφ = π.
Подставим в формулу (5) значение sinλ:
(6)
Из формулы (6) видно, что fд не зависит от скорости звука С в морской воде.
ДВУХЛУЧЕВЫЕ ДОПЛЕР-ЛАГИ.
Рассмотрим принцип работы двухлучевого доплер-лага. Допустим, что на судне установлен двухлучевая антенна, которая излучает акустические колебания, как в направлении носа, так и в направлении кормы.
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
![]() |
|||||||||
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.