hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-850Research ArticleГИДРОАКУСТИКАHYDROACOUSTICSАнализ характеристик и оптимизация прозрачных цилиндрических антеннAnalysis of characteristics and optimization of sound transparent cylindrical antennasМалышкинГ. С.MalyshkinG. S.

Санкт-Петербур

Saint-Petersburg

ВоронинаН. Г.VoroninaN. G.

Санкт-Петербург

Saint-Petersburg

voroninang@gmail.comАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор»РоссияCSRI «Elektropribor»Russian Federation201618112022938797Copyright © Малышкин Г.С., Воронина Н.Г., 20222022Малышкин Г.С., Воронина Н.Г.Malyshkin G.S., Voronina N.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/850

Приводятся способы оптимизации весовых коэффициентов цилиндрических звукопрозрачных многоэлементных антенн с учетом совокупности требований к их характеристикам. Рассматриваются антенны, состоящие только из ненаправленных элементов. Оптимизация производится для весовых коэффициентов дуги антенны, многократное повторение которой в вертикальной плоскости приводит к формированию цилиндрической конструкции. Рассматриваются следующие варианты построения весовых коэффициентов: в соответствии со спадающим от основного лепестка антенны к тыльной области распределением весов; синтезированным компромиссным методом в полосе частот и на тоне; частично оптимизированным методом. Произведен анализ характеристик направленности антенн, полученных в результате различных способов построения весов. В качестве альтернативной конструкции антенн рассмотрен вариант построения «двухслойных» цилиндрических антенн, в которых каждый элементарный приемник состоит из двух ненаправленных элементов, расположенных вдоль радиальной линии цилиндра. Показано, что характеристики направленности таких антенн близки по своим параметрам к параметрам антенн с внутренним экраном. Представлены исследования оценки качества полученного результата при применении каждого типа оптимизации. Предложенный в статье критерий качества учитывает требования к увеличению коэффициента концентрации антенны, уменьшению ширины основного лепестка характеристики направленности, отсутствию сверхнаправленных решений, а также снижению влияния бокового и тыльного поля. Показано, что при проведении оптимизации весовых коэффициентов наиболее предпочтительным оказывается вариант частичной оптимизации, а наиболее эффективным техническим решением по совокупности технических параметров обладает вариант «двухслойных» цилиндрических антенн.

The paper focuses on optimization of weight coefficients of cylindrical sound transparent multielement antennas with account for their performance requirements. Only the antennas consisting of nondirectional elements are considered. Optimization is performed for the weight coefficients of the antenna arc, which is multiply repeated in vertical plane to make a cylindrical structure. The following methods of weight coefficient determination are covered: decreasing from the antenna beam to the backside; synthesized compromise method the frequency band and certain frequencies; partly optimized method. Directivity patterns of antennas obtained using different optimization methods are analyzed. As an alternative design, two-layer cylindrical antenna is considered, where each elementary receiver consists of two nondirectional elements arranged along the cylinder radial line. Directivity patterns of such antennas are shown to be close to those of antennas with internal shield. Performance of each optimization type is studied. The proposed performance criterion accounts for the required increase of the antenna concentration factor, reduction of beam width, absence of superdirective solutions, and mitigation of effect of lateral and back fields. The paper demonstrates that partial optimization of weight coefficients is the most preferable optimization method, and two-layer cylindrical antenna design is the most effective technical solution as regards the set of technical parameters.

гидроакустикацилиндрическая звукопрозрачная антенная решеткакомпромиссная оптимизация по совокупности параметровдвухслойная звукопрозрачная цилиндрическая антеннаhydroacousticscylindrical sound transparent antenna arraycompromise optimization using a set of parameterstwo-layer sound transparent cylindrical antennaРабота выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 15-08-02907).ReferencesСмарышев М. Д. Параметры круговой цилиндрической антенны при введении двухпараметрического амплитудного распределения Бикмора-Спилмаера // Гидроакустика. 2014. Вып. 19(1). С. 13—20.Смарышев М. Д. Параметры круговой цилиндрической антенны при введении двухпараметрического амплитудного распределения Бикмора-Спилмаера // Гидроакустика. 2014. Вып. 19(1). С. 13—20.Малашенко А. Е., Карачун Л. Э., Перунов В. В., Чудаков А. И. Исследование пространственно-временных характеристик гидроакустических сигналов и помех с использованием объемных звукопрозрачных антенн // Подводные исследования и робототехника. 2013. № 1(15). С. 33—37.Малашенко А. Е., Карачун Л. Э., Перунов В. В., Чудаков А. И. Исследование пространственно-временных характеристик гидроакустических сигналов и помех с использованием объемных звукопрозрачных антенн // Подводные исследования и робототехника. 2013. № 1(15). С. 33—37.Воронина Н. Г., Малышкин Г. С., Смирнов А. С., Тимофеев В. Н. К вопросу об оптимизации параметров корабельных бортовых протяженных антенн при неравномерном распределении уровня помехи // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 3. С. 56—68.Воронина Н. Г., Малышкин Г. С., Смирнов А. С., Тимофеев В. Н. К вопросу об оптимизации параметров корабельных бортовых протяженных антенн при неравномерном распределении уровня помехи // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 3. С. 56—68.Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т. 2. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011. 375 с.Малышкин Г. С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Т. 2. СПб.: ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», 2011. 375 с.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.