Излучение в станции "Глория" проводится под прямым углом к направлению движения носителя антенны, которая может быть установлена в носителе с излучением вправо или влево. Характеристика направленности антенны является узкой в горизонтальной плоскости (около 2`) и более широкой в вертикальной (10-15`) (рис. 90). При исследованиях характеристик и рельефа дна ось характеристики устанавливается с некоторым смещением вниз от горизонтали для озвучивания большей площади дна. На рис. 90 также показаны три боковых лепестка антенны.
Рис. 89. Воздействие импульсных помех на работу эхолокационной аппаратуры обычного типа - а и с корреляционной обработкой - б на входе коррелятора до обработки; в - то же, на выходе коррелятора
На рис. 89 показано влияние изменения уровня шума на выходные сигналы обычной эхолокационной системы и системы с корреляционной обработкой ЧМ-колебаний. Во время первого цикла уровень шума составляет третью часть амплитуды эхо-сигнала и значительно увеличивается в течение второго цикла из-за появления в этот период нескольких весьма интенсивных импульсных помех, например при включении какой-либо установки на судне (см. рис. 89, а). Если в первом цикле эхо-сигнал может быть четко выделен, то во втором он практически неразличим среди помех. На рис. 89, б показаны необработанные колебания в приемном тракте аппаратуры с внутриимпульсной ЧМ, которые отличаются большей длительностью излучаемого импульса и, следовательно, эхо-сигнала. Выходной сигнал коррелятора показан на рис. 89, в (изменение уровня шума почти не повлияло на эффективность выделения полезного эхо-сигнала).
В некоторых случаях применения эхолокационной аппаратуры помехи на ее входе характеризуются наличием конечного числа очень интенсивных импульсов, создаваемых различными источниками. Корреляционная обработка в системах с внутриимпульсной ЧМ является эффективным средством защиты от таких помех (во-первых, предусматриваемое в корреляторах ограничение уменьшает амплитуду шумовых импульсов, и, во-вторых, импульсы помех, которые короче импульсов посылок, вносят пропорционально меньшие вклады в выходной сигнал вследствие усреднения при корреляционной обработке).
Рис. 88. Зависимость сигнала на выходе коррелятора от соотношения сигнал/шум на его входе: 1 - сигнал; 2 - помеха
На рис. 88 показан график изменения выходного сигнала с коррелятора в зависимости от входного соотношения сигнал/шум [73]. Уровень выходного сигнала относится к величине шума коррелятора в отсутствие выходного сигнала. Из графика видно, что для сигналов, уровень которых меньше уровня окружающих помех, имеется на выходе системы улучшение до 18-20 дБ. Это подтверждает эффективность использования "длинных" импульсов с большой излучаемой энергией. На рис. 88 показано уменьшение уровня звукового давления мгновенного шума для больших соотношений сигнал/шум.
В системах с корреляционной обработкой излучаются значительно более продолжительные импульсы примерно с той же самой шириной спектра частот. Коррелятор сравнивает принимаемые колебания с копией излученного импульса (с частотой до нескольких тысяч раз в секунду) и вырабатывает выходной сигнал при согласовании двух указанных колебаний посредством их перемножения и усреднения результирующего колебания по длительности копии импульса посылки. Усреднение позволяет уменьшить относительный уровень шума на выходе коррелятора.
Рис. 87. Излучаемые (а), принимаемые (б) и обработанные (в) колебания и сигналы в обычной эхолокационной аппаратуре (I) и с корреляционной обработкой (II)
В системах с корреляционной обработкой принимаемых эхо-сигналов улучшение соотношения сигнал/шум на выходных устройствах аппаратуры обеспечивается излучением импульсов большой длительности, т. е. с большой энергией при обычных уровнях мощности, с сохранением разрешающей способности, соответствующей получаемой при использовании коротких импульсов. На рис. 87 показаны виды излучаемых, принимаемых и обработанных сигналов обычной эхолокационной аппаратуры (с короткими импульсами посылки) и с корреляционной обработкой при внутриимпульсной ЧМ. В первом случае принятые эхо-сигналы обычно детектируются (см. рис. 87, в), в результате получаемый видеосигнал по длительности примерно равен поступившему сигналу с высокочастотным заполнением. Соотношение сигнал/шум при этом не улучшается, а при слабых сигналах даже значительно ухудшается за счет детектирования.
Как указывается в литературе [73], использование коррелятора позволило улучшить соотношение сигнал/шум, т. е. оно стало примерно на 400 (26 дБ) больше, чем при излучении коротких немодулированных импульсов (с т порядка 10 мс) одинаковой мощности с сохранением равной разрешающей способности ( ≈ 7,5 м). Таким образом, при излучаемой мощности 9-10 кВт аппаратура с внутриимпульсной ЧМ будет эквивалентна станции обычного типа с пиковой мощностью свыше 1 мгВт (при τ=10 мс).
выборок (Т - длительность сигнала). Выборки затем подвергаются сжатию во времени и накапливаются в линии задержки. До прихода эхо-сигнала выходная функция коррелятора равна 0. Она достигает максимального значения, когда отраженный сигнал полностью переходит в линию задержки, и по окончании эхо-сигнала убывает.
(fв - верхняя частота спектра). Полный сигнал, таким образом, разлагается на
При излучении широкополосных импульсов с внутриимпульсной ЧМ обработка принимаемых эхо-сигналов проводится коррелятором "Дэлтик" ("Делай Лайн Тайм Коррелятор") с использованием запомненной в нем копии импульса посылки. Коррелятор "Дэлтик" с устройством временного сжатия сигналов имеет лишь один канал. При приеме эхо-сигнал от цели отображается выборочными значениями, взятыми с частотой 2fв через интервалы
В указанной аппаратуре используется пьезоэлектрическая антенна длиной 5 и высотой 1,25 м, состоящая из 144 преобразователей из цирконаттитаната свинца (ЦТС) и размещенная в буксируемом носителе торпедообразной формы из стеклопластика длиной 10 м. Носитель может буксироваться на глубине от 30 до 120 м при скорости судна до 7 уз. Применение буксируемой антенны с переменной глубиной погружения обеспечивает стабильность положения ее характеристики направленности в пространстве при движении судна во время волнения моря, позволяет получать большую акустическую мощность Ра (до 50 кВт) без появления кавитации, обеспечивает уменьшение уровня шумов и помех и достижение максимальных дальностей действия при различных гидрологических условиях. Масса носителя с антенной составляет 6,7 т в воздухе и 3,5 т в воде. Аппаратура может формировать и излучать тональные импульсы или импульсы с ЧМ с шириной спектра около 100 Гц и Ра имп до 50 кВт, средней несущей частоте 6,4 кГц и длительности до 2-4 с один раз в 18 или 30 с.
Перспективным представляется применение для изучения формирования скоплений рыб, их миграций и других характеристик низкочастотной гидроакустической аппаратуры бокового обзора дальнего действия. Об этом свидетельствуют, например, работы в этом направлении, проведенные Английским национальным институтом океанографии с использованием гидролокатора "Глория", предназначенного для геологических исследований дна. Принципы работы гидроакустических систем бокового обзора рассмотрены в литературе [25].
Рис. 86. Работа аппаратуры бокового обзора (а) и эхограмма (б)
Высокочастотная гидроакустическая аппаратура бокового обзора может использоваться при изучении характера дна, обнаружении и идентификации препятствий на дне и неровностей грунта, при оценке пригодности обследуемого района для донного тралового лова и т. д. На рис. 86 показан пример обнаружения и регистрации на ленте самописца препятствий на дне (затонувшего судна) с помощью аппаратуры бокового обзора. Подобный вид имеют эхограммы отражений от неровного дна (по величине мертвой зоны оценивается высота неровностей). В современных станциях бокового обзора с буксируемыми антеннами предусмотрена возможность дистанционного изменения угла наклона антенны. При этом меняется дальность действия и характер трасс отметок эхо-сигналов на ленте регистратора [89].
Применение высокочастотной и низкочастотной гидролокационной аппаратуры бокового обзора
Цифровые библиотеки и аудиокниги на дисках почтой от INNOBI.RU
Применение высокочастотной и низкочастотной гидролокационной аппаратуры бокового обзора [1979 Кудрявцев В.И. - Использование гидроакустики в рыбном хозяйстве]
Комментариев нет:
Отправить комментарий