Гидролокатор подводной лодки
На первых подводных лодках сначала устанавливали прибор обнаружения акустического шума, известный как "групповой гидролокатор", или GHG. Но так как для точного определения направления на объект необходим узкий пучок звуковой энергии, что при небольших размерах цели возможно только при использовании высокочастотных колебаний, то и динамическая сирена Ниренберга, и «осциллятор» Фессендена не могли быть использованы для эффективного обнаружения подводных лодок. Экспорт словарей на сайты , сделанные на PHP,. Гидролокатор есть и на подводной лодке. Буксируемая группа обеспечивает превосходное разрешение и дальность действия по сравнению с гидролокатором, установленным на корпусе.
Выходная мощность передатчика ограничивается сверху тем ее значением, при котором в воде возникает кавитация см.
Кавитационные пузырьки незамедлительно отражают в преобразователь существенную долю излучаемой мощности. С увеличением давления то есть глубины возрастает и допустимый предел излучаемой акустической мощности. Так как один и тот же преобразователь выступает в роли излучателя и чувствительного элемента, его следует автоматически подключать то к передатчику, то к приемнику. Принимаемые различными чувствительными элементами сигналы раздельно поступают в приемно-усилительный тракт, а оттуда — на коммутатор.
В приемном тракте есть специальные схемы подавления паразитных сигналов. Здесь принятый сигнал направляется по двум раздельным каналам — слухового контроля и видеоиндикации. Сегменты статора неподвижной части коммутатора расположены по кругу; на каждый из них поступает сигнал от определенного преобразователя.
Положением первого ротора с выходом на аудиоканал управляет оператор, выбирая интересующее его направление прослушивания; гетеродинный конвертер канала слухового контроля переводит принятый сигнал на звуковую частоту Гц и посылает его в головные телефоны оператора. За время между посылами двух последовательных импульсов зондирования развертка совершается дважды, так что все принятые отражения выводятся на экран индикатора рис. Представляет собой электронно-лучевую трубку с круговой разметкой экрана, на котором отмечаются все обнаруженные объекты вблизи производящего гидролокацию корабля ему соответствует круговое пятно в центре экрана.
Кроме того, на экране имеется индекс дальности — маленькое световое пятно, которое оператор может вводить на экран для совмещения с изображением цели. Этот индекс связан с автоматическим счетчиком, вычисляющим расстояние до объекта.
Выделяя на коммутаторе интересующее его направление, оператор по каналу слухового контроля оценивает характер конкретного эха и его происхождение — от косяка ли рыбы или подводной лодки, либо в результате подводной реверберации. Заодно можно оценить и направление движения цели, так как частота звука от приближающегося объекта выше, а от удаляющегося — ниже.
На подводных лодках они служат средствами поиска и обнаружения противника чаще, чем гидролокаторы активного типа, так как при излучении локационного сигнала подводная лодка может обнаружить себя.
Гидрофоны размещают по дну на входе в гавань; от них по кабелям сигналы поступают на наземные станции обработки, благодаря чему осуществляется постоянный контроль движения надводных и подводных судов в районе порта.
Гидрофоны имеют ограниченные возможности, так как с их помощью нельзя непосредственно определить удаленность объекта; можно лишь установить направление на него. Поиск ведется последовательными шагами: оператор наводит преобразователь на заданное направление, посылает импульс и ждет его отражение; потом переходит на другой пеленг и повторяет все снова — и так до тех пор, пока не проверит всю зону обзора. Набор остронаправленных преобразовательных элементов этой аппаратуры имеет вид вертикальной линейки, сканируя которую получают в угловой мере данные о погружении цели; эта информация в совокупности с результатами измерений традиционных угломерных приборов позволяет определить глубину и дальность цели.
Такой гидролокатор служит для экстренного ненаправленного прослушивания эхо-сигналов в заданном районе. Разбросанные с самолета в заданном районе, они посылают сигналы о присутствии, например, подводной лодки, сопоставление которых дает информацию о приблизительном ее местонахождении.
Временная картина отраженных от дна звуковых сигналов автоматически регистрируется в цифровой или аналоговой форме или в обеих одновременно на карте.
Промодулированные голосом импульсы на ультразвуковой несущей частоте распространяются в воде и принимаются судном, где они детектируются и подаются в телефонную трубку. Такая система используется для связи подводных лодок между собой и с надводными кораблями.
Если в звуковом канале взорвать заряд, то по звуковому импульсу можно определить положение его источника, измеряя разность времен прихода импульсов, принятых ненаправленными приемниками в трех далеко отстоящих друг от друга пунктах. Бомбами для подачи подобных сигналов бедствия снабжаются подводные лодки и надувные спасательные плоты.
Энергия звуковой волны в морской воде постепенно убывает из-за ее поглощения, обусловленного в основном двумя процессами: внутренним трением среды и диссоциацией растворенных в ней солей. Трение преобразует звуковую энергию в тепловую, а эффективность этого преобразования зависит от вязкости воды; обычно потери на трение составляют ок. Диссоциация молекул морских солей происходит вследствие того, что энергия звуковой волны, преобразуясь в химическую энергию, выводит молекулы из равновесного состояния, и они распадаются на ионы.
Звуковое излучение, удаляясь от источника, расходится в пространстве, как свет и радиоволны; в результате этого интенсивность звука ослабевает пропорционально квадрату расстояния от излучателя. Затухание звука в море происходит и из-за его рассеяния на различных неоднородностях среды — взвешенных частицах, микроорганизмах и тепловых аномалиях. Более важным следствием рассеяния оказывается то, что звук попадает в т.
Поверхность океана активно отражает звук, но ее волны и рябь вызывают разброс направлений и фаз отраженных звуков, и между падающим и отраженным звуковыми пучками возникает интерференция, так что интенсивность звука в фиксированной точке пространства изменяется со временем по сложному закону.
Дно тоже отражает звуки, но его коэффициент отражения сильно зависит от структуры дна и глубины. Илистое дно — плохой отражатель, а песчаное или скалистое — очень хороший.
На небольших глубинах над дном из твердых пород вследствие многократных отражений звука от него и от водной поверхности возникает подводный звуковой канал, в котором создаются благоприятные условия для гидролокации.
Искривление звуковых «лучей» вызывается тем, что в разных по глубине слоях воды скорость звука различна и звуковой пучок отклоняется в сторону слоя с наименьшей скоростью. По горизонтали эти факторы влияния меняются очень медленно, но по глубине довольно быстро, поэтому океан как бы состоит из горизонтальных слоев с различной скоростью звука.
Обычно вариации солености незначительны, и ими пренебрегают. Влияние давления хорошо известно и зависит лишь от глубины. Весьма существенно влияние температуры, а она переменчива, и для определения профиля скорости звука по глубине нужно измерять температуру воды на разных глубинах.
Для этой цели с корабля спускают на кабеле специальный аппарат, именуемый батитермографом он похож на небольшую торпеду , на котором имеются чувствительный термометр и самописец для автоматической регистрации зависимости температуры от глубины. Рефракцией звука в воде определяется формирование специфических условий его распространения, которые приводят к образованию четырех типов особых зон: звукового канала, изотермического слоя, поверхности с отрицательным градиентом и поверхности с положительным градиентом; в действительности могут создаваться и более сложные ситуации, когда условия, характерные для одной зоны, появляются и в другой.
В таком канале звуковые лучи, отклоняясь от его оси вверх или вниз, попадают в области большей скорости звука и вновь стремятся к оси канала. Когда они ее пересекают, процесс повторяется, и звуковой пучок оказывается в продольной ловушке, на оси которой скорость звука минимальна.
Пучок распространяется по ней в горизонтальном направлении рис. Из-за значительных суточных и сезонных колебаний температуры воды в поверхностных слоях океана до глубины ок. Скорость звука минимальна на глубине приблизительно м. Ниже до самого дна температура почти не уменьшается, но скорость звука возрастает из-за повышающегося давления, — так образуется глубинный звуковой канал. Температура приповерхностного слоя постоянна, и скорость звука в нем немного растет с глубиной из-за повышения давления.
На нижней границе слоя температура резко падает там он встречается с термоклином, ниже которого температура уменьшается очень медленно. Волны и конвективные потоки интенсивно перемешивают поверхностную толщу океана, выравнивая ее температуру, но глубина этого выравнивания колеблется от нуля ранней весной до м поздней осенью , что ограничивается термоклином рис. Под воздействием условий поверхностной толщи воды звуковой пучок раздваивается: верхняя часть из-за рефракции возвращается в слой смешения и, отразившись от границы с воздухом, начинает распространяться на большие расстояния; нижняя часть круто отклоняется к термоклину, образуя обширную зону молчания ниже изотермического слоя.
Когда нет условий для формирования изотермического слоя, температура воды падает с увеличением глубины, начиная с поверхности.
Так обычно бывает во второй половине безветренного солнечного дня, когда поверхностный слой сильно прогревается, а перемешивания не происходит. В таких случаях весь звуковой пучок резко отклоняется вниз, и зона молчания начинается прямо с поверхности, причем она гораздо глуше, чем та, что образуется под изотермическим слоем, ибо здесь нет рассеяния из верхнего пучка.
Бывают ситуации, когда температура воды и скорость звука возрастают от поверхности вниз до некоторой глубины. Такие ситуации недолговременны и случаются после обильного холодного дождя или вблизи устьев рек. Тогда звуковой пучок в воде отклоняется к границе с воздухом, от которой и отражается, затем вновь рефрагирует и т. Интенсивность эхо-сигнала гидролокатора определяется расстоянием до цели, потерями на поглощение и рефракцию в среде, а также материалом цели и той ее площадью, на которую воздействует акустический импульс, причем характеристики цели учитываются квадратично, так как она является вторичным излучателем.
Шумы при гидролокации производят такой же эффект, как помехи при радиоприеме, поэтому любой нежелательный сигнал называют шумом. Дальность обнаружения цели гидролокатора зависит и от способности его оператора выделить слабый эхо-сигнал из шумового фона. Собственные шумы гидроакустической аппаратуры пренебрежимо малы, так что фон определяется шумами в водной среде, которые весьма ограничивают способность гидролокатора к обнаружению объектов. Реверберация, которая звучит на гидролокационных частотах как раскаты грома, возникает на неровностях поверхности воды и дна, а также на объемных неоднородностях в толще воды.
Поверхностная реверберация порой заглушает полезные эхо-сигналы, поступающие с расстояния менее километра, особенно когда море неспокойно. Объемная реверберация в обычных условиях еле слышна. Кроме того, пассивное определение направления на шумящий объект является основой действия акустических самонаводящихся торпед.
Если источник звука излучает короткий звуковой импульс, то положение источника можно определить по разностям времён прихода импульсов, принятых ненаправленными приёмниками в трёх или более разнесённых по пространству пунктах. Таким способом локализации источников пользуются в береговой системе дальнего обнаружения судов, терпящих бедствие в открытом океане система СО ФАР ; источником звука при этом служит взрыв заряда, погружаемого на определенную глубину.
Системы активной Г. Для определения дальности объекта чаще всего пользуются импульсной, частотной и шумовой модуляциями сигнала. Поэтому отражённый сигнал, принятый приёмником, будет отличаться по частоте от сигнала, излучаемого в данный момент, так как принятый сигнал представляет собой задержанную на время t 0 копию посланного сигнала, а частота излучаемого сигнала за время t 0 изменилась согласно приведённой формуле.
Аналогична схема действия гидролокатора с шумовым излучением и корреляционной обработкой сигнала. Основной характеристикой гидролокаторов является дальность обнаружения, которая зависит от мощности излучаемого сигнала, от уровня акустических помех и от условий распространения звука в водной среде.
Дальность обнаружения обычно определяют по величине т. Если помеха и сигнал независимы, то пороговый сигнал определяется отношением полной энергии полезного сигнала к мощности помехи в данном частотном интервале.
